Couplage entre diffusion de la chaleur et évaporation de la vapeur d’eau dans le béton pour la réduction des ICU
Abstract
Les îlots de chaleur urbains (ICU) sont des zones urbaines où la température est significativement plus élevée que celle des zones rurales environnantes. Leur formation est due à plusieurs facteurs : les matériaux urbains absorbent et retiennent la chaleur du soleil, le manque de végétation qui limite l’évapotranspiration naturelle, la densité des bâtiments qui limite la circulation de l’air et retient la chaleur, les sources de chaleur artificielles comme les voitures, les climatiseurs, les industries, etc. Les conséquences sont néfastes avec un inconfort thermique accru pour les habitants, une consommation énergétique plus élevée, des effets sur la santé ou encore l’aggravation de la pollution de l’air. Les solutions étudiées depuis quelques années sont par-exemple l’augmentation de la végétalisation, l’utilisation de matériaux réfléchissants pour les chaussées, l’amélioration de la planification urbaine pour favoriser la ventilation naturelle. Une autre solution plus récemment à l’étude est le rafraichissement par évaporation d'eau stockée dans les chaussées poreuses.
L’étude réalisée a portée sur une approche numérique pour aider à concevoir un dispositif expérimental pour l’étude de solutions efficaces de rafraichissement urbain. La modélisation a porté sur le potentiel de rafraichissement de chaussées urbaines en béton-graves par le calcul des flux thermiques et hydriques diurnes (rayonnement + conduction + convection) et nocturnes (conduction + convection). Le pouvoir évaporatif du béton a été évalué par le modèle de Penman-Monteith (modèle de calcul de l’évapotranspiration des stomates) modifié ici pour les matériaux poreux. L’écoulement hydrique dans la structure a été ensuite calculé par la loi de Fick (VAP). Il a été considéré une circulation d’eau à température constante en sous-sol capable d’absorber une partie de la chaleur emmagasinée le jour (ABS). Les résultats montrent que la capacité de rafraichissement existe bien avec un ordre croissant de performance dans les situations suivantes :
VAPmatériau-sec < ABS < ABS + VAPmatériau-sec < ABSvitesse-écoulement-sup + VAPmatériau-sec < VAPmatériau-saturé.
