Les toits et les côtés sous le vent des bâtiments dans les canyons des rues ont les niveaux les plus bas de particules lors d'un événement de pollution à source unique, selon les chercheurs de Penn State. Les résultats ont des implications pour améliorer les plans d'évacuation lors d'un rejet de pollution ainsi que pour éclairer la conception du système de ventilation des bâtiments urbains.

« Les recherches précédentes se sont concentrées sur la pollution ambiante créée par le trafic, " a déclaré Jérémy Gernand, professeur assistant en santé et sécurité du travail. "Nous avons décidé d'enquêter sur les sources de pollution à partir d'une source ponctuelle de particules, comme un déversement de produits chimiques ou un rejet accidentel d'une usine."

Les chercheurs ont étudié un scénario de rejet de polluants pour évaluer les emplacements les plus sûrs pour l'évacuation et pour les éléments de conception du bâtiment tels que les prises d'air. Il s'agit de la première étude portant sur un événement d'émission provenant d'une seule source près d'un canyon de rue.

La surveillance de la qualité de l'air dans les zones urbaines peut être très importante en raison de la forte densité de population et des niveaux de particules. Canyons de rue, ou les endroits où la rue est délimitée des deux côtés par des bâtiments, sont des lieux importants pour l'étude de la pollution de l'air, car ils sont répandus dans les zones urbaines.

Particules, souvent appelés aérosols, sont des solides fins ou des gouttelettes liquides en suspension dans le gaz. Des concentrations élevées dans l'atmosphère peuvent contribuer aux taux de mortalité, parce que l'exposition à ces particules peut exacerber ou provoquer des effets médicaux indésirables. Les particules sont libérées à partir de diverses sources naturelles ou humaines, comme les voitures, chantiers de construction et tempêtes de poussière.

Des chercheurs du Mining Ventilation Laboratory de Penn State ont créé un canyon de rue miniature en 3D dans une soufflerie en utilisant des blocs de mousse pour simuler des bâtiments . Quatre blocs de mousse ont été placés dans une rangée de deux par deux, séparés par des interstices qui servaient de rues.

Pour garantir que le flux d'air dans la soufflerie correspond aux conditions réalistes d'une zone urbaine, les chercheurs ont dû faire des ajustements. Typiquement, l'air dans une soufflerie présente un écoulement laminaire, ce qui signifie qu'il s'écoule en douceur dans des couches parallèles sans tourbillons ni courants croisés qui perturbent le sens du flux. Ce type d'écoulement peut être idéal pour tester des mécanismes tels que des ailes d'avion dans de l'air simulé à haute altitude.

A des altitudes plus basses, cependant, l'air se comporte très différemment. Près du sol, des structures plus petites comme des maisons et des arbres et des bâtiments plus grands, comme les gratte-ciel, interrompre le flux régulier de l'air et le rendre turbulent, ou irrégulière et agitée.

Les chercheurs ont utilisé des matériaux peu coûteux comme des Legos et des flèches en carton pour créer un flux d'air turbulent dans une soufflerie remplie d'air à écoulement laminaire.

Pour simuler une seule source d'émission de particules, les chercheurs ont utilisé de l'eau générée par un humidificateur à ultrasons. Étant donné que les particules environnementales sont fréquemment recouvertes d'eau, les collisions entre les gouttelettes d'eau dans une expérience en soufflerie et les collisions entre les particules enduites d'eau à l'extérieur peuvent être très similaires, dit Gernand.

Pour trouver les zones du canyon de la rue où les niveaux de particules ont atteint leurs concentrations minimales et maximales, les chercheurs ont utilisé les données de l'expérience en soufflerie pour créer un modèle informatique du scénario. Des simulations informatiques ont montré que les concentrations de particules les plus faibles se trouvaient sur le toit et sur les façades des bâtiments sous le vent. Au niveau de la respiration, les concentrations les plus faibles ont été trouvées du côté sous le vent, protégé, du chenal transversal du réseau, la rue perpendiculaire à la direction du flux d'air.

Les résultats ont des implications pour l'amélioration des plans d'évacuation et pour éclairer la conception du système de ventilation. En cas d'urgence de rejet de pollution provenant d'une source centrale, les piétons doivent être évacués du côté sous le vent du chenal transversal. Pour l'installation de nouvelles prises d'air, portions de toits les plus éloignées des canaux intérieurs, ou des routes, des canyons de rue servent d'emplacement le plus sûr, les chercheurs ont dit.

Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans le journal Qualité de l'air, Ambiance et Santé .

Cependant, étant donné la variété des scénarios possibles, ces résultats ne représentent qu'une ligne directrice générale et bénéficieront d'une enquête plus approfondie, dit Gernand. En s'appuyant sur l'approche de modélisation rentable utilisée dans cette étude, les recherches futures examineront des possibilités supplémentaires dans le but de fournir des recommandations de sécurité plus complètes.