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    Contrer le changement climatique avec des trottoirs frais

    Crédit :CC0 Domaine public

    Les chaussées sont une surface urbaine abondante, couvrant environ 40 pour cent des villes américaines. Mais en plus de transporter du trafic, ils peuvent également émettre de la chaleur.

    En raison de ce qu'on appelle l'effet d'îlot de chaleur urbain, densément construit, les surfaces imperméables comme les trottoirs peuvent absorber le rayonnement solaire et réchauffer leur environnement en réémettant ce rayonnement sous forme de chaleur. Ce phénomène constitue une menace sérieuse pour les villes. Il augmente la température de l'air jusqu'à 7 degrés Fahrenheit et contribue aux risques pour la santé et l'environnement, des risques que le changement climatique va amplifier.

    En réponse, des chercheurs du MIT Concrete Sustainability Hub (MIT CSHub) étudient comment une surface qui augmente habituellement les îlots de chaleur urbains peut à la place réduire leur intensité. Leurs recherches portent sur les « chaussées froides, " qui réfléchissent plus de rayonnement solaire et émettent moins de chaleur que les surfaces de pavage conventionnelles.

    Une étude récente menée par une équipe de chercheurs actuels et anciens du MIT CSHub dans le journal of Sciences et technologies de l'environnement décrit les chaussées froides et leur mise en œuvre. L'étude a révélé qu'ils pourraient abaisser les températures de l'air à Boston et à Phoenix jusqu'à 1,7 degrés Celsius (3 degrés F) et 2,1 degrés C (3,7 degrés F), respectivement. Ils réduiraient également les émissions de gaz à effet de serre, réduire les émissions totales jusqu'à 3 % à Boston et 6 % à Phoenix. Réaliser ces économies, cependant, exige que les stratégies de chaussée froide soient choisies en fonction du climat, circulation, et les configurations de construction de chaque quartier.

    Des villes comme Los Angeles et Phoenix ont déjà mené des expériences importantes avec des chaussées froides, mais la technologie n'est pas encore largement mise en œuvre. L'équipe du CSHub espère que leurs recherches pourront guider les futurs projets de pavage froid pour aider les villes à faire face au changement climatique.

    Gratter la surface

    Il est bien connu que les surfaces plus sombres deviennent plus chaudes au soleil que les plus claires. Les climatologues utilisent une métrique appelée « albédo » pour aider à décrire ce phénomène.

    "L'albédo est une mesure de la réflectivité de surface, " explique Hessam AzariJafari, l'auteur principal de l'article et un post-doctorant au MIT CSHub. "Les surfaces à faible albédo absorbent plus de lumière et ont tendance à être plus sombres, tandis que les surfaces à albédo élevé sont plus lumineuses et reflètent plus de lumière."

    L'albédo est au cœur des chaussées fraîches. Surfaces de pavage typiques, comme l'asphalte conventionnel, possèdent un faible albédo et absorbent plus de rayonnement et émettent plus de chaleur. Des trottoirs frais, cependant, ont des matériaux plus brillants qui réfléchissent plus de trois fois plus de rayonnement et, par conséquent, réémettre beaucoup moins de chaleur.

    « Nous pouvons construire des trottoirs cool de différentes manières, " dit Randolph Kirchain, chercheur au Materials Science Laboratory et co-directeur du Concrete Sustainability Hub. "Les matériaux plus brillants comme le béton et les agrégats de couleur plus claire offrent un albédo plus élevé, tandis que les revêtements en asphalte existants peuvent être rendus « froids » grâce à des revêtements réfléchissants. »

    Les chercheurs du CSHub ont examiné ces différentes options dans une étude de Boston et de Phoenix. Leur analyse a pris en compte différents résultats lorsqu'ils sont concrets, asphalte réfléchissant, et le béton réfléchissant a remplacé les revêtements en asphalte conventionnels, qui représentent plus de 95 pour cent des revêtements dans le monde.

    Connaissance de la situation

    Pour une compréhension globale des avantages environnementaux des chaussées froides à Boston et à Phoenix, les chercheurs ont dû regarder au-delà des matériaux de pavage. C'est parce qu'en plus d'abaisser la température de l'air, les chaussées froides exercent des impacts directs et indirects sur le changement climatique.

    "Le seul impact direct est le forçage radiatif, " note AzariJafari. "En réfléchissant le rayonnement dans l'atmosphère, les chaussées froides exercent un forçage radiatif, ce qui signifie qu'ils modifient le bilan énergétique de la Terre en envoyant plus d'énergie hors de l'atmosphère, de la même manière que les calottes glaciaires polaires."

    Les chaussées froides exercent également un complexe, impacts indirects du changement climatique en modifiant la consommation d'énergie dans les bâtiments adjacents.

    "D'un côté, en abaissant les températures, les chaussées fraîches peuvent réduire certains besoins en climatisation [air conditionné] en été tout en augmentant la demande de chauffage en hiver, " dit Azari Jafari. " Inversement, en réfléchissant la lumière - appelée rayonnement incident - sur les bâtiments voisins, les trottoirs frais peuvent réchauffer les structures, ce qui peut augmenter l'utilisation de la climatisation en été et réduire la demande de chauffage en hiver."

    Quoi de plus, les effets d'albédo ne sont qu'une partie des impacts globaux du cycle de vie d'une chaussée froide. En réalité, les impacts de la construction et de l'extraction des matériaux (appelés ensemble impacts incorporés) et l'utilisation de la chaussée dominent tous deux le cycle de vie. Le principal impact de la phase d'utilisation d'une chaussée, en dehors des effets d'albédo, est la surconsommation de carburant :les chaussées aux surfaces lisses et aux structures rigides entraînent moins de surconsommation de carburant dans les véhicules qui roulent dessus.

    Évaluer les impacts sur le changement climatique des chaussées froides, alors, est un processus complexe, impliquant de nombreux compromis. Dans leur étude, les chercheurs ont cherché à les analyser et à les mesurer.

    Une pleine réflexion

    Pour déterminer la mise en œuvre idéale des chaussées froides à Boston et à Phoenix, les chercheurs ont étudié les impacts sur le cycle de vie du passage des chaussées en asphalte conventionnelles à trois options de chaussées froides :asphalte réfléchissant, béton, et béton réfléchissant.

    Pour faire ça, ils ont utilisé des simulations physiques couplées pour modéliser des bâtiments dans des milliers de quartiers hypothétiques. En utilisant ces données, ils ont ensuite formé un modèle de réseau neuronal pour prédire les impacts en fonction des caractéristiques du bâtiment et du quartier. Avec cet outil en place, il a été possible d'estimer l'impact des chaussées froides pour chacun des milliers de routes et des centaines de milliers de bâtiments à Boston et à Phoenix.

    En plus des effets d'albédo, ils ont également examiné les impacts intrinsèques pour tous les types de chaussée et l'effet du type de chaussée sur la surconsommation de carburant des véhicules en raison des qualités de surface, raideur, et le taux de détérioration.

    Après avoir évalué les impacts sur le cycle de vie de chaque type de chaussée froide, les chercheurs ont calculé quel matériau (asphalte conventionnel, asphalte réfléchissant, béton, et le béton réfléchissant—ont le plus profité à chaque quartier. Ils ont constaté que si les trottoirs frais étaient avantageux à Boston et à Phoenix dans l'ensemble, les matériaux idéaux variaient considérablement à l'intérieur et entre les deux villes.

    « Un avantage universel quel que soit le type de quartier et le matériau de pavage, était l'impact du forçage radiatif, " note AzariJafari. " C'était particulièrement le cas dans les zones à bâtiments moins denses, où l'effet était le plus prononcé."

    Contrairement au forçage radiatif, cependant, l'évolution de la demande énergétique des bâtiments différait selon l'emplacement. En Boston, les chaussées froides ont réduit la demande d'énergie aussi souvent qu'elles l'ont augmentée dans tous les quartiers. A Phénix, les chaussées froides ont eu un impact négatif sur la demande d'énergie dans la plupart des secteurs de recensement en raison du rayonnement incident. En prenant en compte le forçage radiatif, bien que, les chaussées froides ont finalement eu un avantage net.

    Ce n'est qu'après avoir pris en compte les émissions intrinsèques et les impacts sur la consommation de carburant que le type de chaussée idéal s'est manifesté pour chaque quartier. Une fois l'incertitude sur le cycle de vie prise en compte, les chercheurs ont découvert que les chaussées en béton réfléchissant avaient les meilleurs résultats, s'avère optimal dans 53 % et 73 % des quartiers de Boston et de Phoenix, respectivement.

    Encore une fois, des incertitudes et des variations ont été identifiées. En Boston, le remplacement des revêtements en asphalte conventionnels par une option fraîche a toujours été préféré, tandis qu'à Phoenix, les chaussées en béton, réfléchissantes ou non, ont eu de meilleurs résultats en raison de la rigidité à haute température qui a minimisé la consommation de carburant des véhicules. Et malgré la prédominance du béton à Phoenix, dans 17 % de ses quartiers, toutes les options de pavage réfléchissant se sont avérées plus ou moins efficaces, alors que dans 1% des cas, les chaussées conventionnelles étaient en fait supérieures.

    « Bien que les impacts du changement climatique que nous avons étudiés se soient avérés nombreux et souvent contradictoires, nos conclusions sont sans ambiguïté :les chaussées froides pourraient offrir d'immenses avantages en matière d'atténuation du changement climatique pour les deux villes, " dit Kirchain.

    Les améliorations des températures de l'air seraient perceptibles :l'équipe a découvert que des chaussées fraîches réduiraient les températures estivales maximales à Boston de 1,7 °C (3 °F) et à Phoenix de 2,1 °C (3,7 °F). Les réductions d'émissions de dioxyde de carbone seraient également impressionnantes. Boston réduirait ses émissions de dioxyde de carbone jusqu'à 3 % sur 50 ans, tandis que les réductions à Phoenix atteindraient 6 % sur la même période.

    Cette analyse est l'une des études les plus complètes sur les chaussées froides à ce jour, mais il reste encore beaucoup à étudier. Comme pour les trottoirs, il est également possible d'ajuster l'albédo du bâtiment, ce qui peut entraîner des changements dans la demande d'énergie des bâtiments. La décarbonisation intensive du réseau et l'introduction de mélanges de béton à faible teneur en carbone peuvent également modifier les émissions générées par les chaussées froides.

    Il y a encore beaucoup de chemin à parcourir pour l'équipe CSHub. Mais en étudiant les trottoirs frais, ils ont mis au point une solution brillante au changement climatique et ouvert des voies pour de nouvelles recherches et une atténuation future.


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