Les vagues de chaleur augmentent dans le monde entier, y compris en Suisse. Les villes en souffrent particulièrement :la différence de température entre la ville et la campagne peut atteindre plusieurs degrés. Un nouveau tunnel d'eau à l'Empa pourrait contribuer à atténuer ces îlots de chaleur urbains à l'avenir, par exemple en permettant aux villes d'assurer localement des températures plus basses grâce à la végétation, des surfaces d'eau et des matériaux plus brillants et en créant un espace pour le vent afin de mieux aérer les villes.

Avril 2018 a montré des températures en Suisse qui sont généralement plus courantes en mai et en mai, le temps rappelait déjà le milieu de l'été. Ce n'est plus une exception. Année après année, les records de chaleur sont battus. Les villes souffrent beaucoup plus des canicules que les campagnes environnantes :les écarts de température entre les zones urbaines et les espaces verts environnants peuvent atteindre plusieurs degrés.

Le phénomène est connu sous le nom d'îlots de chaleur urbains. Il y a plusieurs raisons aux différences de température :Les surfaces sombres des trottoirs et des toits absorbent plus la lumière du soleil pendant la journée et la retiennent mieux. De la chaleur supplémentaire est générée dans la ville par la circulation et l'industrie. Par ailleurs, il y a généralement un manque de végétation qui pourrait réduire la température par évaporation. Et les bâtiments rapprochés bloquent le vent, ce qui pourrait apporter de l'air ambiant plus frais.

Comment le vent peut-il transporter la chaleur hors de la ville ?

La chaleur est non seulement désagréable, mais a également des effets graves :la consommation d'énergie pour le refroidissement augmente, les niveaux d'ozone au niveau du sol augmentent et les températures entraînent des maladies supplémentaires et même des décès. Et de plus en plus de personnes sont concernées :plus de la moitié de la population mondiale vit aujourd'hui en zone urbaine. D'ici 2030, ce pourcentage devrait atteindre les deux tiers. Des villes et des groupes de recherche du monde entier cherchent des moyens d'atténuer cet effet d'îlot de chaleur urbain. Une attention particulière est portée au vent :il pourrait dissiper la chaleur des villes, apporter de l'air plus frais des lacs et forêts environnants et refroidir en outre les surfaces par convection. Lors de canicules avec peu de vent, l'effet de flottabilité joue un rôle important :lorsque l'air chaud s'élève au-dessus de la ville, l'air plus frais peut s'écouler en dessous. En outre, des zones avec de l'air plus frais peuvent être créées :par exemple, parcs avec végétation, surfaces plus légères qui absorbent moins le rayonnement solaire ou surfaces où l'eau s'évapore, par exemple, lacs artificiels ou matériaux humides. Le vent peut distribuer cet air plus frais dans des zones où l'effet d'îlot de chaleur ne peut pas être combattu localement.

Pour que le vent dissipe la chaleur des villes, cependant, la ville doit être construite de manière à ce que les masses d'air puissent circuler relativement facilement autour des bâtiments. Cependant, c'est tout sauf trivial :il n'y a pas encore eu assez de recherches sur la façon dont les structures urbaines influencent les conditions de vent locales. Afin d'optimiser les villes de manière à prévenir efficacement les îlots de chaleur, il faut d'abord comprendre ce qui se passe exactement :comment le vent souffle-t-il et tourbillonne-t-il sur les bâtiments et les routes surchauffées ? Et comment cela change-t-il la répartition de la température ?

Une question d'échelle

Répondre à ces questions est l'objectif du nouveau tunnel d'eau de l'Empa, qui a été officiellement inauguré aujourd'hui. Mais pourquoi faut-il un tunnel d'eau pour mieux comprendre les mouvements du vent ? C'est une question d'échelle :puisque les modèles de structures urbaines ne sont qu'une fraction de la taille des vrais bâtiments et routes, l'eau se comporte exactement comme le vent dans une vraie ville à des vitesses d'écoulement appropriées. La soufflerie a deux avantages évidents par rapport à une soufflerie, qui convient également à l'étude des flux de vent en ville :d'une part, des modèles plus petits peuvent être utilisés, c'est-à-dire qu'une plus grande zone de la ville peut être examinée. D'autre part, le champ d'écoulement et la répartition de la température dans l'eau peuvent être mesurés simultanément.

Cela se fait avec un système de mesure laser :l'équipe de recherche mélange de minuscules particules et un colorant fluorescent dans l'eau. Les particules sont illuminées avec un faisceau laser pulsé étendu à un plan. Au cours d'une telle impulsion laser, un appareil photo prend deux images en succession rapide. Le système de mesure peut maintenant évaluer dans quelle mesure et dans quelle direction les particules se sont déplacées entre les deux images et déterminer les vitesses d'écoulement et les directions d'écoulement. Grâce au colorant fluorescent, les chercheurs peuvent déterminer la distribution de la température :il absorbe la lumière laser verte et émet une lumière d'une couleur différente - plus l'eau est chaude, plus la lumière est vive. Une deuxième caméra, qui filtre la lumière laser verte, enregistre la distribution de la lumière émise.

La détermination des structures d'écoulement froid et chaud permet aux chercheurs d'acquérir de nouvelles connaissances sur la manière dont la chaleur peut être évacuée des villes. Ces résultats pourraient aider les planificateurs, architects and governments in the future to develop cities so that life in urban areas remains bearable even during increasing heat waves.