L’étalement spatial et la croissance démographique qui ont caractérisé le développement urbain des dernières décennies ont souvent produit des villes incompatibles avec les principes du développement durable. L’engorgement routier, les taux élevés de pollution atmosphérique, le manque d’espaces verts ou l’insuffisance des ressources en eau affectent le milieu urbain. Dans ce contexte, l’optimisation de l’usage des ressources souterraines apparaît comme une solution au développement urbain durable.

   Le sous-sol urbain possède un important potentiel qui peut contribuer au développement durable des villes s’il est utilisé et géré de manière appropriée (fig. 1). L’emploi des quatre principales ressources souterraines - espace, eau, énergie géothermique et géomatériaux - peut être optimisé afin de créer des arrangements qui soient favorables d’un point de vue social, économique et environnemental. L’espace souterrain peut par exemple être utilisé pour concentrer des infrastructures et des services urbains tels que parkings, tunnels de transport ou centres commerciaux ; l’énergie géothermique et la capacité de stockage de chaleur du sous-sol peuvent servir au chauffage et à la climatisation des bâtiments, ce qui réduit les émissions de CO2 ; l’eau souterraine peut être affectée à l’usage domestique et certains matériaux des excavations peuvent être valorisés comme matériaux de construction, ce qui minimise les transports et le stockage.

   En général, ces ressources souterraines sont exploitées séparément, le potentiel global n’étant pas pris en compte. Pourtant, l’exploitation d’une de ces ressources peu avoir des effets sur l’exploitation d’une autre. Le développement classique d’un projet souterrain est représenté par la figure 2. Cette approche est qualifiée de sectorielle, car elle tient uniquement compte d’un besoin spécifique à un instant donné. Les impacts environnementaux, sociaux et économiques sont considérés à une échelle spatiale et temporelle réduite, si bien que des conflits d’utilisation ne sont pas décelés et peuvent prétériter les besoins futurs. Ce phénomène est d’autant plus important que certaines ressources du sous-sol, en particulier l’espace et les géomatériaux, ne sont pas renouvelables : une fois perturbée, la structure d’un sous-sol ne retrouvera jamais sa situation initiale. L’utilisation non mesurée de ces ressources conduit donc à un gaspillage irréversible.

   Différentes raisons peuvent être avancées pour expliquer ce défaut de planification globale du développement en souterrain. Tout d’abord, le sous-sol urbain est effectivement mal connu. C’est un espace invisible et complexe dont la compréhension et la représentation sont tr op souvent réservées aux spécialistes des géosciences. Une connaissance globale du sous-sol est difficile à acquérir, la plupart des investigations étant réalisées en relation avec les projets de construction. Il en résulte une dispersion des informations et la difficulté de réaliser une extrapolation de l’échelle de l’ouvrage à celle de la ville.
   Ensuite, les interactions entre les usages du sous-sol sont peu prises en compte. La gestion des différentes ressources souterraines est réalisée par des métiers différents (ingénieurs civils, géologues, spécialistes en environnement, gestionnaires urbains, etc.), souvent des services séparés. Le lien entre les ressources reste peu investigué et le manque de coordination mène à leur dilapidation ou à des conflits d’utilisation. Par ailleurs, des potentialités pour le développement durable (comme l’exploitation du flux géothermique par les ouvrages souterrains) ne sont pas mises en valeur.
   Du point de vue économique, les coûts de construction sont souvent plus élevés en souterrain qu’en surface, si bien que la différence d’investissement rend les projets souterrains moins compétitifs.
   Finalement, la perception du public envers les infrastructures souterraines est généralement mauvaise. Le sous-sol est souvent considéré comme un espace sombre, humide, froid et peu sécurisé. Il est important de remarquer que cette perception biaisée du sous-sol est aussi le fruit du manque d’une véritable architecture souterraine.

   Pour gérer les ressources urbaines de manière durable, il faut bien sûr développer de nouvelles connaissances sur le plan géologique et environnemental, mais également dans le domaine des sciences humaines. Selon une de nos thèses principales, il faut remplacer l’approche sectorielle du développement souterrain par une approche globale, qui implique une prise en compte du potentiel du sous-sol dans son ensemble : elle per met de minimiser les conflits d’utilisation (fig. 5), voire de valoriser les possibilités de synergies (fig. 6).

   Pour développer cette approche combinée, il est nécessaire de répondre à un certain nombre de questions :
     - Comment évaluer les ressources du sous-sol urbain?
Une représentation de l’espace souterrain à l’échelle de la ville sera favorisée par une meilleur e gestion des informations spatiales relatives au souterrain. Il s’agit de proposer des concepts d’intégration de données de plusieurs types (géologie, milieu construit, impacts environnementaux), à l’aide notamment des outils de modélisation géologique 3D et de systèmes d’information géographiques, lesquels sont malheureusement encore peu compatibles aujourd’hui.
     - Quels sont les usages possibles du souterrain?
Les ressources du sous-sol sont utilisées de manière différente de par le monde. Ces utilisations ne sont pas toutes développées avec la même ampleur, pour des raisons géologiques, économiques, socioculturelles, etc. Il est donc particulièrement important de définir quelles sont les conditions d’utilisation du sous-sol, afin d’évaluer les potentialités pour les situations spécifiques aux villes suisses.
     - Quels synergies et conflits apparaissent entre les différentes utilisations du sous-sol ?
   Les interactions entre les usages doivent être investiguées par des études de cas dans des villes ayant déjà expérimenté un développement de l’espace souterrain. Des modèles d’interactions seront développés afin de décrire les paramètres qui les gouvernent. Elles seront considérées à différentes échelles spatiales, de l’échelle de la construction à celle de l’aquifère et de la ville, et aux différentes échelles temporelles du cycle de vie des infrastructures : construction, utilisation, désaffectation, réhabilitation.

   Par ailleurs, il serait illusoire de vouloir développer une méthodologie de planification qui favorise une meilleure utilisation des ressources souterraines si un emploi plus important de cet espace n’est pas acceptable humainement ou économiquement. Il s’agira donc de tester l’acceptabilité et d’identifier toutes les opportunités, les limites ou les contraintes économiques, sociales, juridiques, politiques ou urbanistiques. Cela permettra de savoir quels leviers d’action utiliser, et quelles propositions élaborer pour favoriser un développement souterrain plus important.
   Dans ce cadre, l’analyse sera d’abord basée sur une étude de l’expérience de certaines villes dans le domaine du souterrain, afin de tirer les enseignements du passé. Puis, pour avoir une meilleure compréhension de la manière de comparer les coûts entre la construction en surface et en souterrain, des notions telles que la réduction de la pression sur le prix foncier, les coûts de maintenance, les coûts d’utilisation, l’évaluation des coûts sur l’environnement ou le paysage seront traités. D’un point de vue sociologique, l’intérêt est de déterminer si l’être humain est prêt à passer plus de temps en souterrain, quels types d’activités il est prêt à y effectuer et d’identifier les avantages et les inconvénients pour les utilisateurs, mais également de déterminer quelles conditions architecturales favorisent une meilleur e perception du monde souterrain par le public.
   Les résultats de cette recherche seront intégrés dans une méthodologie de planification de l’espace souterrain, selon une approche transdisciplinaire. Cette méthodologie sera développée dans le contexte de la Suisse et validée en réalisant, modélisant et évaluant des scénarios de développement urbains à l’échelle de la ville, notamment grâce à une étude de cas sur la ville de Genève.