3. Performances thermiques des peintures sur une maquette de scène urbaine
3.6. Conclusions sur les résultats expérimentaux
Ce chapitre a retracé la mise en œuvre d’une plateforme instrumentée pour observer l’effet d’une géométrie confinée de ratio H/W fixé sur les températures de surface et d’air. Sa con-ception théorique et technique ont été expliquées afin d’obtenir un microclimat caractéristi-ques des centres urbains denses. Le confinement thermique observé, appelé ici l’effet canyon, se remarque principalement la nuit par une température plus élevée pour les surfaces situées au bas des rues (~2°C) et en journée par une élévation de la température de l’air au abord des façades jusqu’à 12°C au dessus de la température météorologique. Une autre remarque concerne l’effet cumulé d’une série de bâtiments, les bâtiments situés en bout de série exposé à l’est et à l’ouest régulent la température de l’air sur l’ensemble de la scène. Concrètement, pour notre dispositif, le bâtiment avec la façade la plus à l’est, non protégée par une ombre portée le matin, prend des températures de surface plus élevées que le reste de la scène, ce qui se répercute de manière atténuée aux bâtiments situés à l’ouest. Il en est de même pour la fa-çade la plus à l’ouest en fin de journée. Cette théorie se vérifie sur les températures d’air moyennes mesurées au centre des façades (d’est en ouest, 0,3°C le matin et d’ouest en est, -0,8°C le soir) comme le montre la figure 107.
24,8°C 24,95°C
25,5°C 24,8°C 25,05°C
24,7°C
Figure 107: distribution des températures d'air moyenne sur 2 mois de mesure
Ensuite une méthodologie de comparaison a été développée, mettant en valeur des indica-teurs caractéristiques permettant de cibler les performances de plusieurs configurations radia-tives aux surfaces. Le but à long terme étant d’estimer, par la mesure, la performance de diffé-rents traitements d’ilot de chaleur urbain sur la température des bâtiments et de la scène ur-baine réduite. Cette méthode a ensuite été appliquée aux effets de la mise en œuvre de traite-ment de façade sélectif. Plus particulièretraite-ment, 2 produits de teinte marron semblable (une peinture préparée cool et une peinture standard), ayant une différence de réflectivité solaire (∆ρSOL initial) avant exposition égale à 0,24, ont été testés. Ils ont permis de réaliser trois configurations, une rue témoin, une rue cool et une rue asymétrique d’un point de vue des al-bédos des façades. Après un premier traitement des mesures, les différences de température de surface entre les façades traitée ou non ne se sont pas avérées aussi importantes que sur le banc expérimental en toiture.
Nous avons donc utilisé une comparaison indirecte des variations de températures de la scène urbaine entre sa période de calibration où toutes les surfaces avaient un albédo identique et sa période en configuration cool/standard/asymétrique. Celle-ci a donné des résultats encoura-geants. L’utilisation de la peinture cool a permis :
- de réduire la période où la température intérieure des bâtiments ayant une enveloppe traitée cool était plus chaude que celle du bâtiment témoin recouvert de peinture standard (jus-qu’à 10% de réduction),
- de réduire l’écart de température sur la période où le bâtiment cool était plus chaud que le bâtiment témoin (jusqu’à -1,3°C),
- d’augmenter l’écart de température sur la période où le bâtiment cool était plus frais que le bâtiment témoin (jusqu’à 1°C).
L’effet de l’asymétrie du canyon était quasiment inexistant, mais a pu être identifié d’après une légère augmentation de la période où la température intérieure du bâtiment standard op-posé à une façade cool était plus chaude que le bâtiment témoin (+5%). Les résultats sont tout de même mitigés, principalement à cause d’un éclaircissement de la peinture standard dans les visibles au cours de la campagne, donc une augmentation de son albédo engendrant une ré-duction du ∆ρSOL effectif entre le produit cool et standard.
Ces conclusions sont importantes, mais incomplètes pour conclure sur la performance en fa-çade des peintures dans les milieux urbains réels. En effet il faudrait corriger leur impact en tenant compte de l’interaction des autres facteurs tels que les apports anthropiques. De plus cette configuration étudiée permet de conclure sur la base d’un seul rapport d’aspect géomé-trique H/W égal à 1 ; le chapitre suivant présente les résultats obtenus pour le calcul du pié-geage radiatif obtenu selon la valeur des propriétés radiatives aux façades de différents ca-nyons, avec différentes orientations, géométries et latitudes. Puis on donnera les résultats d’un cas d’étude formalisé sur un logiciel couplant le microclimat urbain et la consommation éner-gétique des bâtiments, afin de dégager des estimations quant aux performances des stratégies utilisées en conditions réelles.
4. Simulation du piégeage radiatif et de la demande
énergétique des bâtiments en milieu urbain dense
L’utilisation de revêtements sélectifs dans le spectre solaire sur les bâtiments modifie leur bi-lan thermique de surface, ce qui agit à deux niveaux :
- Sur la température intérieure et donc la demande énergétique du bâtiment concerné. - Pour une utilisation systématique, sur la température de l’air à l’échelle de la ville. Pour les bâtiments seuls, le contrôle de l’ensoleillement absorbé permet de diminuer la tempé-rature intérieure, donc d’améliorer le confort thermique, et pour les cas avec climatisation, de réduire l’énergie consommée durant la période estivale. En contrepartie, pendant l’hiver, la diminution des apports solaires entraîne une augmentation de la demande énergétique. Dans les pays de latitude moyenne, les apports solaires d’hiver sont plus faibles, de part le faible angle solaire d’incidence et la récurrence des ciels couverts et de précipitations. Cette techni-que de rafraîchissement passif n’entraînerait donc pas une diminution notable des apports so-laires gratuits d’hiver. Les pertes sur la demande en chauffage et les gains sur la demande en rafraîchissement doivent donc être quantifiées tout en tenant compte de l’influence des revê-tements réflectifs relative à l’atténuation effective de l’îlot de chaleur urbain.
En effet, la diminution des températures de surfaces observées réduit les échanges de chaleur par convection superficielle avec l’air, ce qui pourrait notablement réduire sa température pour une application de la stratégie à grande échelle. A ce sujet, des simulations méso-échelles réalisées par l’équipe du LBNL (Akbari 2010) rapportent le potentiel considérable d’économies réalisables en augmentant l’albédo moyen des villes de 40%. La simulation a ré-vélé des économies financières pour la ville de Los Angeles : 100M$/an en termes de gains directs13 sur l’énergie consommée par les bâtiments traités estimée, 70M$/an pour les gains indirects14 sur l’ensemble de l’agglomération et 270M$/an pour les coûts dérivées imputables à la pollution (santé des habitants).
Le chapitre présente tout d’abord la dépendance du flux de chaleur conduit dans un local se-lon la réflectivité et la résistance thermique d’une paroi horizontale (toiture). Ensuite, les ré-sultats d’une étude paramétrique sur le piégeage radiatif dans une rue canyon selon la confi-guration des propriétés radiatives aux surfaces (façades, chaussée, combiné), le rapport d’aspect géométrique, l’orientation et la latitude. Et enfin, une étude de cas est menée avec un code numérique disponible au LEPTIAB (Simcanyon, Bozonnet 2005) qui permet le couplage entre la demande énergétique des bâtiment et le microclimat d’une rue canyon et donc d’observer les performances directes (réduction des consommations) et indirectes (réduction de la température de l’air extérieur) liée à des caractéristiques d’enveloppe. L’application à une rue canyon Athénienne a permis la prédiction de la demande énergétique annuelle de ses bâtiments imputable à la configuration des propriétés radiatives des façades.