Canicule : vers des techniques de rafraîchissement urbain

L’arrosage, la végétalisation et surtout des revêtements innovants : voici les « armes », utilisées par Laurent Royon, professeur de physique à l’Université de Paris et chercheur au LIED (laboratoire interdisciplinaire des énergies de demain), pour lutter contre les îlots de chaleur dans les centres urbains.  

Les îlots de chaleur urbains, qu’est-ce que c’est ?

Un îlot de chaleur urbain est un lieu, dans les centres villes,  où les températures sont beaucoup plus élevées qu’en périphérie. En période classique, cette différence est de 2 à 3 degrés mais elle peut monter entre 8 et 10 degrés en période caniculaire.

Ces îlots de chaleur sont liés à différents phénomènes, liés à la structure de la ville et la composition des matériaux qu’on a mis en place.

Il y a d’une part la chaleur anthropique, dégagée par les différentes activités humaines (transports, industrie, etc.) Il y a d’autre part l’absence de végétalisation. « La végétation permet de faire de l’évapo-transpiration donc quand il y en a moins, il y a moins de fraicheur dans la ville », souligne Laurent Royon.

Trois autres points importants :

• l’aspect mécanique des fluides qui va faciliter ou pas la circulation des vents$
• l’aspect architectural, avec des rapports largeur sur hauteur qui peuvent favoriser l’accumulation de chaleur
• les matériaux utilisés : les matériaux urbains ont souvent un albédo faible et va donc absorber beaucoup la chaleur, l’accumuler et rendre le lieu plus chaud

Le projet se concentre ainsi sur plusieurs de ces phénomènes, pour tenter d’en diminuer les effets.

Propriétés des matériaux innovants utilisés

Lors de la phase 1 du projet, des matériaux innovants ont été mis en place. « Nous testons trois revêtements qui ont des particularités sur leurs propriétés de réflexion du soleil, ce qu’on appelle l’albédo. On leur a mis un fort albédo pour que les rayons du soleil soient au maximum réfléchis et pour diminuer l’accumulation de chaleur dans le sol », explique Laurent Royon.

Par ailleurs, les revêtements disposent d’une macro ou micro-porosité qui vont permettre de pouvoir garder davantage d’eau lors des phases d’arrosage, et d’avoir donc un rafraichissement urbain beaucoup plus longtemps dans la journée.  

« Lorsqu’on arrose, la couche fine d’eau qui reste en surface est de l’ordre du millimètre. Cela signifie que  80% de l’eau part dans le caniveau – car les surfaces ne sont pas planes. Mais les 20% restants sont suffisants pour faire le rafraichissement. C’est cela qu’on voudrait exploiter et améliorer, » précise Laurent Royon

Le projet LIFE, une collaboration avec la Mairie de Paris

Le programme LIFE Cool and Low-Noise Asphalt, constitue la phase 2 du projet. Ces expérimentations, menées par la Ville de Paris en partenariat avec les chercheurs du LIED, Bruitparif, Eurovia et Colas, vont permettre de valider les résultats obtenus en laboratoire avec des conditions urbaines et météorologiques réelles.

Elles permettront également d’évaluer l’évolution des performances due au vieillissement des matériaux. Par ailleurs, si ces sites ne permettent pas une instrumentation thermique aussi poussée qu’en laboratoire, il est possible de disposer d’une gamme plus complète d’instruments microclimatiques grâce à la grande dimension des planches expérimentales déployées. Cela permet d’évaluer les impacts sur le stress thermique d’un piéton de ces surfaces.

Cette phase vient tout juste de démarrer avec des essais en conditions réelles sur les rues Lecourbe (15ème arrondissement), Frémicourt (15ème) et la rue de Courcelles (8ème). Les trois rues ont été sélectionnées suite à une étude menée par des géomaticiens du LIED. Une cartographie de la ville de Paris a été réalisée avec plusieurs paramètres : physiques, sociaux, architecturaux (rapports largeur sur hauteur qui sont propices à développer des ilots de chaleur urbains), biologiques (présence ou non de végétation), etc.

Des batteries de capteurs pour accumuler les données in situ

Au milieu du trottoir, se situent de multiples capteurs, protégés par une grille. On y trouve :

Un globe noir, qui permet de mesurer une température qu’on appelle UTCI (indice universel du climat thermique), qui a été définie à l’échelle universelle en termes de confort thermique, et qui rend compte du métabolisme et de l’activité humaine
Plusieurs capteurs de températures à 5 cm dans le sol, puis à 1m et 4m de hauteur
un anémomètre qui permet de mesurer la vitesse du vent
un système qui permet de mesurer le flux solaire
un autre système qui permet de mesurer le flux de chaleur absorbé par le bitume au cours de la journée (situé à 5cm de profondeur)
une caméra thermique pour mesurer en parallèle la température au sol, après l’arrosage, lors de la phase de séchage et en période sèche.

« Cette caméra permet de voir les différences locales au même endroit en fonction du temps et de se rendre compte de la diminution. Hier par exemple on avait une différence d’à peu près 11 degrés entre une zone sèche qui était à 51 degrés au niveau du bitume et après rafraichissement qui descendait à 40 degrés ».  

Les données collectées par les instruments sont complétées par des enquêtes de voisinage menées par les étudiants, l’objectif étant de prendre aussi en compte le ressenti des habitants par rapport à ces techniques de rafraichissement et de comprendre les impacts sur la vie des riverains.

Phase 3 : optimiser des combinaisons de stratégie de rafraîchissement

A partir des résultats expérimentaux obtenus dans les deux premières phases, en laboratoire et in situ, un outil d’aide à la décision cartographique de déploiement de stratégie couplée de rafraîchissement par revêtement innovant et d’arrosage sera établi. Cela nécessite d’établir un indicateur du potentiel de rafraîchissement pour ces solutions prises individuellement et couplées, en plus d’indicateurs du risque caniculaire (points chauds microclimatiques, exposition et vulnérabilité des populations...).