Des matériaux réfléchissants recyclés contre l’îlot de chaleur urbain

Sommaire

L’îlot de chaleur urbain (ICU) est une zone urbaine où les températures sont plus élevées que dans les banlieues et les régions rurales. On pense que ces températures plus élevées ont des répercussions sur le réchauffement de la planète, entraînant une plus grande consommation d’énergie, une pollution accrue de l’air, des maladies liées à la chaleur et des décès. L’ICU est causé par certaines activités et inventions humaines, comme les chaussées en enrobés bitumineux. La surface sombre de cette chaussée absorbe une quantité considérable d’énergie solaire pendant la journée et en libère la majeure partie pendant la nuit, ce qui augmente les températures urbaines. Dans cette recherche, nous avons augmenté la réflectivité des chaussées à l’aide de matériaux recyclés afin de diminuer les températures des villes et des chaussées.

Mots clés : îlot de chaleur urbain ; matériaux recyclés ; chaussées en enrobés bitumineux frais ; réflectivité de surface

Chaussées en enrobés bitumineux et hausses de température

La réflectivité des chaussées en enrobés bitumineux joue un rôle important dans la quantité d’absorption de chaleur. Plus la réflectivité est élevée, plus les températures observées sont basses. Augmenter la réflectivité des surfaces peut donc s’avérer efficace pour réduire l’absorption de chaleur dans les chaussées en enrobés bitumineux. L’une des méthodes privilégiées par de nombreux chercheurs consiste à utiliser des pigments et des revêtements de couleur claire. Par contre, ces revêtements peuvent réduire l’adhérence, posant des problèmes de sécurité, et peuvent être coûteux, car ils nécessitent un entretien régulier.

La nouvelle méthode utilisée dans le cadre de cette recherche consiste à augmenter la réflectivité à l’aide de matériaux recyclés. À cette fin, des matériaux recyclés, briques d’argile, béton et verre, ont servi d’agrégats pour enduits superficiels. L’enduit superficiel est une méthode d’entretien préventive ou corrective qui permet de sceller les fissures de la chaussée, augmentant ainsi son adhérence et sa durée de vie. Les enduits superficiels comprennent une ou plusieurs couches d’agrégats sur une fine couche de bitume ou d’émulsion de bitume. Les agrégats recyclés ont servi à créer de nouveaux enduits superficiels pour augmenter la réflectivité de la surface des chaussées en enrobés bitumineux.

Évaluer l’absorption de chaleur et les variations de température

Dans le cadre de cette recherche, des méthodes expérimentales, numériques et de terrain ont permis d’évaluer la durabilité des enduits superficiels et leurs effets sur la réflectivité de la surface, ainsi que sur l’atténuation des îlots de chaleur urbains. La figure 1 montre un exemple des nombreuses méthodes utilisées dans cette étude. Il s’agit du test de simulation solaire qui permet de mesurer les températures en surface et en profondeur de la chaussée en enrobés bitumineux recouverte d’un enduit superficiel. Comme on peut le voir, une lampe à iodure de tungstène (infrarouge) a servi à simuler le rayonnement solaire, et des thermocouples ont permis de mesurer les variations de température à différentes profondeurs. Enfin, nous avons enregistré les températures maximales en surface et en profondeur de chaque échantillon d’enrobé bitumineux recouvert d’enduit superficiel pendant 24 heures, avec simulation nocturne de 9 heures. Les résultats démontrent que l’ajout de briques d’argile jaune comme agrégats d’enduit superficiel offre une performance favorable. Ils augmentent la réflectivité de 250 % et réduisent la température de surface de 23 % par rapport à l'asphalte chaud.

Évaluer les variations de température de l’air par modélisation

Bien que les essais en laboratoire et sur le terrain aient révélé que les enduits superficiels pouvaient réduire les températures en surface et en profondeur des chaussées en enrobés bitumineux, il était très difficile de mesurer expérimentalement leur effet sur les températures de l’air ambiant. Nous avons donc créé un modèle numérique à partir des données expérimentales à l’aide du logiciel ANSYS Fluent.

Deux modèles différents (mélange d’enrobés bitumineux classique et mélange d’enrobés bitumineux recouvert d’enduit superficiel en briques jaunes) ont permis de simuler des situations réelles sur le terrain. Les propriétés thermiques de ces modèles ont été obtenues à partir d’essais en laboratoire. Compte tenu des spécifications de modélisation, l’analyse des modèles a révélé que les agrégats d’argile jaune recyclée réduisent la température de l’air ambiant de 18 %.

La figure 2 représente une chaussée en enrobés bitumineux classique et une chaussée avec enduit superficiel, ainsi que leurs variations de température ambiante, obtenues à l’aide d’ANSYS Fluent. Comme on peut le voir, les températures globales de la chaussée en enrobés bitumineux avec enduit superficiel et de l’air ambiant sont inférieures à celles de la chaussée en enrobés bitumineux classique, ayant pour effet de réduire les températures urbaines en été.

Conclusion

D’une part, la surface sombre des chaussées en enrobés bitumineux cause un problème environnemental dans les villes, connu sous le nom d’îlot de chaleur urbain (ICU). D’autre part, la production de déchets de construction et de démolition a augmenté en raison de la croissance démographique. Cette étude propose une nouvelle méthode pour recycler ces déchets à faible coût et réduire l’impact négatif des chaussées en enrobés bitumineux sur l’effet ICU. Les résultats des méthodes en laboratoire, sur le terrain et numériques ont montré des tendances similaires, révélant les avantages d’inclure ces agrégats recyclés dans les enduits superficiels des chaussées pour atténuer l’ICU et refroidir les températures urbaines en été.

Complément d’information

Pour plus d’informations sur ce sujet, veuillez consulter certains de nos articles publiés ci-dessous :

Shamsaei, M., Carter, A., Vaillancourt, M., 2023. Using Construction and Demolition Waste Materials to Develop Chip Seals for Pavements. Infrastructures 8, 95. https://doi.org/10.3390/infrastructures8050095

Mammeri, A., Vaillancourt, M., Shamsaei, M., 2023. Experimental and numerical investigation of using waste glass aggregates in asphalt pavement to mitigate urban heat islands. Clean Technol. Environ. Policy. https://doi.org/10.1007/s10098-023-02481-8

Shamsaei, M., Carter, A., Vaillancourt, M., 2022. A review on the heat transfer in asphalt pavements and urban heat island mitigation methods. Constr. Build. Mater. 359, 129350. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129350