Hydro-climatic response of Greater Paris;Réponse hydro-climatique de Paris et sa petite couronne

The urban environment is complex and needs to be studied in a multidisciplinary way to better understand the interacting processes.

A modelling approach based on the urban canopy model TEB allows for this kind of study.

For the first time, the simultaneous modelling of processes recently implemented in the model is carried out on Paris metropolitan area, from 2000 to 2017 : urban hydrological transfers (TEB-Hydro) and interactions between built surfaces and tree vegetation (TEB-Tree).

The objective is to study how this territory responds to meteorological conditions in terms of hydrological vulnerabilities (overflows) as well as micro-climatic (urban heat island, thermal stress) and soil moisture stress.In order to optimize the simulation configuration, an improvement of the hydrological budget was carried out, as well as strategic choices for the description of the territory, based on previous projects and new sensitivity studies : in particular the representation for the first time in the model of the whole domain of the sewerage network of Paris metropolitan area, reconstructed in the PIREN-Seine project, the integration of the mapping of urban vegetation strata in the city from the IAU, as well as the choice of the Soilgrids soil texture database.

The latter study revealed maximum temperature differences of up to 1◦C between the different texture data tested.A method of hydrological calibration by regionalization of 39 catchments, never before used in an urban environment, was constructed and deployed from 15 gauged catchments.

It is based on five hydrological classes defined by the topography, the type of sewer system and the rate of imperviousness of the catchment.

The results of this calibration are globally unsatisfactory according to the criteria of Moriasi et al. (2007), although it is questionable whether these criteria are adapted to the spatial scale and complexity of this work.

However, some catchments achieve very good model-observation scores with combinations of NSE and PBias reaching 0.76 and 24.28% respectively.

The evaluation of the hydrologically calibrated model indicates an overestimation of temperatures with minima more overestimated than maxima (average bias of 2.5◦C and 0.5◦C respectively).

The simulated soil water contents are lower than those observed (average bias of up to -0.15 m3/m3).

The same areas of micro-climatic vulnerabilities, characterized by high UHI intensities and high UTCIs, are highlighted in highly urbanized and poorly vegetated areas.

For hydrological vulnerabilities, frequent and high volume overflows are mostly present in urbanized and sloping areas.

Even if improvements are necessary, this modelling framework should eventually allow for the evaluation of urban adaptation strategies to climate change.

; Le milieu urbain est complexe et nécessite d’être étudié de façon pluridisciplinaire pour mieux comprendre les processus en interaction.

Une approche de modélisation basée sur le modèle de canopée urbaine TEB permet ce genre d’étude.

Pour la première fois, la modélisation simultanée de processus récemment implémentés au sein du modèle est mise en oeuvre sur le domaine urbanisé de Paris et sa petite couronne, de 2000 à 2017 : transferts hydrologiques urbains (TEB-Hydro) et interactions bâti-végétation arborée (TEB-Tree).

L’objectif est d’étudier comment ce territoire répond aux conditions météorologiques en termes de vulnérabilités hydrologiques (déversements), micro-climatiques (îlot de chaleur urbain, stress thermique) et couplées (stress hydrique).

Pour optimiser la configuration de simulation, une amélioration du bilan hydrologique a été effectuée, ainsi que des choix stratégiques pour la description du territoire, basés sur des projets antérieurs et de nouvelles études de sensibilité : notamment la représentation pour la première fois dans le modèle sur l’ensemble du domaine du réseau d’assainissement de Paris et sa petite couronne, reconstruit dans le PIREN-Seine, l’intégration de la cartographie des strates arborées et herbacées en ville de l’IAU, ainsi que le choix de la base de données de texture de sol Soilgrids.

Cette dernière étude a mis en évidence des différences de températures maximales pouvant atteindre 1◦C entre les différentes données de texture testées.Une méthode de calage hydrologique par régionalisation de 39 bassins versants, jamais encore utilisée en milieu urbain, a été construite et déployée à partir de 15 bassins versants jaugés.

Elle se base sur cinq classes hydrologiques définies par la topographie, le type de réseau d’assainissement et le taux d’imperméabilisation du bassin versant.

Les résultats de ce calage sont globalement insatisfaisants suivant les critères de Moriasi et al. (2007),bien qu’on puisse se demander si ces critères sont adaptés à l’échelle spatiale et à la complexité de ce travail.

Toutefois, certains bassins versants atteignent des scores modèle-observations très bons avec des combinaisons de NSE et PBias atteignant respectivement 0.76 et 24.28%.

L’évaluation du modèle calé hydrologiquement indique une surestimation des températures avec les minimales plus surestimées que les maximales (biais moyenrespectivement de 2.5◦C et de 0.5◦C).

Les contenus en eau du sol simulés sont eux plus faibles que ceux observés (biais moyen pouvant atteindre -0.15 m3/m3).

Les mêmes zones de vulnérabilités micro-climatiques, caractérisées par de fortes intensités d’ICU et des UTCI élevés, sont mises en évidence sur les zone très urbanisées et peu végétalisées.

Pour les vulnérabilités hydrologiques, des déversements fréquents et avec de forts volumes sont majoritairement présents sur des zones urbanisées et pentues.

Même si des améliorations sont nécessaires, ce cadre de modélisation devrait permettre à terme d’évaluer des stratégies d’adaptation des villes au changement climatique.