L'agencement des rues et des bâtiments d'une ville joue un rôle crucial dans l'effet d'îlot de chaleur urbain local, qui rend les villes plus chaudes que leurs environs, les chercheurs ont trouvé. La nouvelle découverte pourrait fournir aux urbanistes et aux fonctionnaires de nouvelles façons d'influencer ces effets.

Certaines villes, comme New York et Chicago, sont disposés sur une grille précise, comme les atomes dans un cristal, tandis que d'autres comme Boston ou Londres sont arrangées de manière plus chaotique, comme les atomes désordonnés dans un liquide ou un verre. Les chercheurs ont découvert que les villes « cristallines » avaient une accumulation de chaleur bien plus importante par rapport à leur environnement que les villes « vitreuses ».

L'étude, publié aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique , trouvé ces différences dans les modèles de ville, qu'ils appellent "texture, " était le déterminant le plus important de l'effet d'îlot de chaleur d'une ville. La recherche a été menée par le MIT et le chercheur principal du National Center for Scientific Research Roland Pellenq, qui est également directeur d'un laboratoire commun MIT/CNRS/Aix-Marseille Université appelé (MSE)2 (MultiScale Material Science for Energy and Environment); professeur de génie civil et environnemental Franz-Josef Ulm; assistant de recherche Jacob Sobstyl; (MSE)2 chercheur principal T. Emig; et M.J. Abdolhosseini Qomi, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l'Université de Californie à Irvine.

L'effet d'îlot de chaleur est connu depuis des décennies. Elle résulte essentiellement du fait que les matériaux de construction urbains, comme le béton et l'asphalte, peut absorber la chaleur pendant la journée et la renvoyer la nuit, bien plus que les zones couvertes de végétation. L'effet peut être assez dramatique, ajoutant jusqu'à 10 degrés Farenheit aux températures nocturnes dans des endroits tels que Phoenix, Arizona. Dans de tels endroits, cet effet peut augmenter considérablement les problèmes de santé et la consommation d'énergie par temps chaud, ainsi, une meilleure compréhension de ce qui le produit sera importante à une époque où de plus en plus de personnes vivent dans les villes.

L'équipe a découvert que l'utilisation de modèles mathématiques développés pour analyser les structures atomiques dans les matériaux fournit un outil utile, menant à une formule simple pour décrire la façon dont la conception d'une ville influencerait son effet d'îlot de chaleur, dit Pellenq.

"Nous utilisons des outils de physique statistique classique, " explique-t-il. Les chercheurs ont adapté des formules initialement conçues pour décrire comment les atomes individuels d'un matériau sont affectés par les forces des autres atomes, et ils ont réduit ces ensembles complexes de relations à des descriptions statistiques beaucoup plus simples des distances relatives des bâtiments voisins les uns par rapport aux autres. Ils les ont ensuite appliqués à des modèles de bâtiments déterminés à partir d'images satellite de 47 villes aux États-Unis et dans d'autres pays, aboutissant finalement à un seul indice pour chacun - appelé paramètre d'ordre local - compris entre 0 (désordre total) et 1 (structure cristalline parfaite), pour fournir une description statistique du groupe de voisins les plus proches d'un bâtiment donné.

Pour chaque ville, ils devaient collecter des données de température fiables, qui provenaient d'une gare à l'intérieur de la ville et d'une autre à l'extérieur mais à proximité, puis déterminez la différence.

Pour calculer ce paramètre d'ordre local, les physiciens doivent généralement utiliser des méthodes telles que le bombardement de matériaux avec des neutrons pour localiser les positions des atomes à l'intérieur de ceux-ci. Mais pour ce projet, Pellenq dit, "pour obtenir les positions de construction, nous n'utilisons pas de neutrons, juste Google maps." En utilisant des algorithmes qu'ils ont développés pour déterminer le paramètre à partir des cartes de la ville, ils ont constaté que les villes variaient de 0,5 à 0,9.

Les différences d'effet thermique semblent résulter de la manière dont les bâtiments reradient la chaleur qui peut ensuite être réabsorbée par d'autres bâtiments qui leur font face directement, l'équipe a déterminé.

Surtout pour des endroits comme la Chine où de nouvelles villes se construisent rapidement, et d'autres régions où les villes existantes se développent rapidement, l'information pourrait être importante à avoir, il dit. Dans les endroits chauds, les villes pourraient être conçues pour minimiser le chauffage supplémentaire, mais dans des endroits plus froids, l'effet pourrait en fait être un avantage, et les villes pourraient être conçues en conséquence.

"Si vous planifiez une nouvelle section de Phoenix, " Pellenq dit, "vous ne voulez pas construire sur une grille, car c'est déjà un endroit très chaud. Mais quelque part au Canada, un maire peut dire non, nous choisirons d'utiliser la grille, pour garder la ville plus chaude."

Les effets sont importants, il dit. L'équipe a évalué tous les états individuellement et a trouvé, par exemple, que dans le seul État de Floride, les effets des îlots de chaleur urbains entraînent des coûts excédentaires estimés à 400 millions de dollars pour la climatisation. « Cela donne une stratégie pour les urbanistes, " dit-il. Alors qu'en général il est plus simple de suivre un quadrillage, en termes de pose de lignes électriques, canalisations d'égout et d'eau, et les systèmes de transport, dans les endroits où la chaleur peut être un problème sérieux, cela peut valoir les complications supplémentaires pour une disposition moins linéaire.

Cette étude suggère également que la recherche sur les matériaux de construction peut offrir une voie à suivre pour gérer correctement l'interaction thermique entre les bâtiments dans les centres-villes historiques des villes.

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.