Si vous avez déjà tourné dans une rue de la ville pour être soufflé d'air, vous êtes entré dans ce qu'on appelle un canyon urbain.

Tout comme leurs homologues géologiques, les canyons urbains sont des espaces entre deux hautes surfaces - dans ce cas, immeubles. Les rafales qu'ils canalisent, cependant, ont de réelles implications. Ils peuvent amplifier les vents d'un ouragan ou augmenter la température de l'air d'une ville en fonction de leur disposition, une disposition connue sous le nom de texture de la ville. Le problème est, selon les chercheurs du MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), que les pratiques actuelles d'atténuation des risques ne tiennent pas compte de la texture de la ville. Par conséquent, ils sous-estiment fréquemment les dommages, dans certains cas jusqu'à un facteur de trois.

Reconsidérer les pratiques actuelles

Pour comprendre l'impact potentiel de la texture de la ville, Les chercheurs du CSHub ont d'abord étudié les pratiques de construction actuelles. L'une des pratiques qu'ils ont examinées étaient les codes du bâtiment.

Selon l'Agence fédérale de gestion des urgences, « Les codes du bâtiment sont des ensembles de règlements régissant la conception, construction, altération, et l'entretien des structures." L'un de leurs objectifs est de protéger les habitants d'un bâtiment contre les catastrophes naturelles en précisant la résistance de ce bâtiment.

Pour protéger les bâtiments des aléas du vent, les codes stipulent comment un bâtiment doit interagir avec le vent, une valeur connue sous le nom de coefficient de traînée. Le coefficient de traînée d'un bâtiment détermine la quantité de résistance à l'air qu'il subira lorsqu'il sera exposé au vent. À mesure que le coefficient de traînée d'un bâtiment augmente, il en va de même de sa probabilité de dommages.

"Les codes de conception supposent que les bâtiments ont des coefficients de traînée fixes. Et d'une certaine manière, cela a du sens :la forme d'un bâtiment ne change pas beaucoup, " dit Jake Roxon, chercheur au CSHub. "Toutefois, nous avons constaté que ce n'est pas seulement la forme du bâtiment qui affecte son coefficient de traînée, mais aussi la configuration locale des bâtiments adjacents, que nous appelons texture urbaine.

La texture urbaine mesure la probabilité de trouver un bâtiment voisin à une certaine distance d'un bâtiment donné. Roxon le calcule en dessinant des anneaux d'un certain diamètre autour de chaque bâtiment d'une ville. Puis il compte le nombre de bâtiments dans chaque anneau.

Plus il y a de bâtiments dans chaque anneau, plus la probabilité est grande de trouver un bâtiment à cette distance. Et plus la probabilité est élevée, plus la texture locale est ordonnée et régulière, tandis que plus la probabilité est faible, les plus désordonnés et imprévisibles. Pour capturer la texture d'une ville entière, Roxon fait la moyenne de la texture de chacun de ses bâtiments.

"En moyenne, nous avons trouvé que les zones avec des textures désordonnées ont plus de résilience, " dit Roxon. " Si vous ne pouvez pas prédire de quel angle le vent viendra, il offrira le plus haut niveau de protection. D'autre part, pour une ville ordonnée avec la même densité de bâtiments, vous vous attendriez à voir plus de dégâts lors d'un événement de danger extrême."

La raison derrière la résilience des rues désordonnées est la façon dont elles distribuent le vent. En répartissant le vent de manière plus aléatoire, les villes désordonnées comme Boston ou Paris subissent moins le grossissement qui se produit lorsque le vent parcourt les couloirs des villes ordonnées, comme New York. Dans certains cas, les villes avec des textures plus ordonnées peuvent amplifier les vents d'ouragan d'une catégorie 3 à une catégorie 4, Roxon a trouvé.

L'impact de la texture de la ville sur les coefficients de traînée et les charges de vent est apparu en bonne place lors de l'ouragan Irma en 2017, qui a traversé l'ouest de la Floride.

"Un exemple de l'effet de texture est les comtés de Sarasota et Lee en Floride pendant Irma, " explique Ipek Bensu Manav, un chercheur du CSHub collaborant avec Roxon. "Ces comtés sont proches les uns des autres géographiquement, ils subissent donc un risque d'ouragan similaire. Et quand on regarde le parc immobilier, ils sont également similaires - pour la plupart des maisons unifamiliales à un ou deux étages. "

Cependant, les deux comtés différaient en termes de texture.

"Le comté de Sarasota a une texture moins ordonnée, tombant moins sur une grille typique, et Lee County a une texture plus ordonnée, " dit Manav. " En regardant le comté de Lee, nous avons vu plus de dommages structurels - certains bâtiments se sont complètement effondrés. Il y avait aussi plus d'inondations et de renversements de végétation. Donc, Irma a causé beaucoup plus de dégâts dans le comté qui a eu un effet de texture plus élevé."

Il s'avère, trop, que les textures ordonnées ont un effet similaire sur la chaleur.

« Nous avons constaté que c'était également le cas avec la température, en particulier, l'effet d'îlot de chaleur urbain, " dit Roxon. " Les villes ordonnées connaissent la plus grande différence de température entre elles et leur environnement rural la nuit. "

Craquage de code

Donc, alors, si les dispositions des rues influencent grandement les dommages causés par les dangers, pourquoi les codes du bâtiment n'en tiennent-ils pas compte ?

Tout simplement, il est actuellement trop difficile de les intégrer.

À l'heure actuelle, l'outil standard pour étudier les coefficients de traînée d'un bâtiment est la dynamique des fluides numérique (CFD). Les simulations CFD mesurent le coefficient de traînée d'un bâtiment et son risque de danger en modélisant le flux de chaleur et de vent. Bien que très précis, Les simulations CFD exigent un temps et des exigences de calcul excessivement intenses à grande échelle.

« En utilisant les ressources actuelles, Les simulations CFD ne fonctionnent tout simplement pas à l'échelle des villes, " dit Roxon. " New York, par exemple, compte plus d'un million de bâtiments. Exécuter une simulation prendrait beaucoup de temps. Et si vous faites juste un petit ajustement à la disposition des bâtiments ou à la direction du vent, vous devez relancer la simulation."

Malgré leurs imperfections, Les simulations CFD restent un outil important pour comprendre l'écoulement du vent. Mais Roxon pense que son modèle de texture de ville peut compenser les limitations de CFD et, Dans le processus, rendre les villes plus résilientes.

« Nous avons constaté qu'il existe certaines variables dérivées de la texture de la ville qui nous permettent, avec une précision relative, pour estimer les coefficients de traînée des bâtiments et identifier les zones vulnérables aux risques de dommages. Ensuite, nous pouvons exécuter des simulations CFD pour déterminer précisément où ces dommages se produiront. »

Essentiellement, la texture de la ville sert d'outil de première ligne pour les parties prenantes, leur permettant d'évaluer les risques puis d'utiliser leurs ressources, y compris CFD, plus efficacement pour identifier les bâtiments vulnérables à rénover et, à son tour, sauver des vies.

L'image complète

En plus des pertes de vie, les catastrophes naturelles infligent un immense tribut financier. Selon l'Administration océanographique et atmosphérique nationale, 258 catastrophes naturelles ont causé plus de 1,75 billion de dollars de dommages aux États-Unis depuis 1980.

Alors que de nombreuses pratiques peuvent prévoir et atténuer ces coûts, Manav a constaté qu'ils laissent encore beaucoup sur la table, à savoir, texture de la ville.

En collaborant avec Roxon, elle a découvert qu'en ignorant les caractéristiques de la communauté comme la texture de la ville, les modèles actuels sous-estiment les pertes, souvent dramatiquement.

Pour appliquer de la texture aux pertes dues aux ouragans, Manav s'est de nouveau tourné vers les comtés de Sarasota et Lee en Floride. Elle a effectué une estimation des pertes conventionnelles et une estimation des pertes ajustée à la texture de la ville pour chaque comté sur la base du 95e centile des événements dangereux annuels attendus, ce qui équivaut à certains des ouragans les plus puissants, comme Irma. Elle a constaté que les pertes attendues augmentaient lorsqu'elle incorporait la texture de la ville dans ses estimations. L'augmentation a été particulièrement aiguë dans le comté de Lee, dont la texture ordonnée amplifierait probablement les charges de vent.

« Dans le comté de Sarasota, nous avons constaté une augmentation de la perte attendue de 1 % à 6 % de la valeur moyenne d'une maison lors de l'intégration de la texture de la ville, " dit Manav. " Mais en faisant de même pour le comté de Lee, nous avons vu une quantité de dégâts sensiblement plus élevée, équivalent à environ 9 pour cent de la valeur moyenne d'une maison.

Sans incorporer la texture de la ville, alors, ces estimations conventionnelles sous-estiment considérablement les dommages. Cela rend les résidents inconscients de leur risque de danger, et par conséquent les rend vulnérables.

Les incitations à la résilience

Aussi sombres que soient ces estimations de pertes, Manav espère qu'ils pourront encore aider les communautés à devenir plus résilientes aux risques.

Actuellement, elle note, la résilience aux aléas n'a pas été largement mise en œuvre car la plupart ignorent ses avantages en termes de coûts.

"L'une des raisons pour lesquelles les pratiques d'atténuation des risques ne sont pas mises en œuvre est que leurs avantages ne sont pas communiqués de manière approfondie, " dit-elle. " Évidemment, il y a le coût de la construction selon de meilleures normes. Mais pour équilibrer ces coûts, il y a les avantages de la réduction des coûts de réparation à la suite d'événements dangereux. »

Ces coûts de dommages réduits sont importants.

Des gestes aussi simples que choisir des bardeaux plus résistants, l'amélioration des liaisons toit-mur, et l'ajout de volets et de fenêtres résistantes aux chocs peut atténuer suffisamment les dommages causés par les risques pour rembourser en aussi peu que deux ans dans les zones sujettes aux risques comme la Floride côtière.

En utilisant la texture de la ville pour calculer les coûts des risques, Manav et Roxon espèrent que les propriétaires, développeurs, et les décideurs choisiront de mettre en œuvre ces pratiques relativement simples. La seule clé est de faire largement connaître leurs incitations.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.