Façades cool pour l’environnement urbain

Les valeurs de la performance de produits cools sur les façades ont encore été peu étudiées, pourtant le rôle des façades dans l’ICU et la consommation énergétique dans les centres ur-bains confinés est prépondérant. Les facteurs qui influent sur la performance de l’aménagement des propriétés radiatives aux surfaces verticales seront les mêmes que pour les toitures, et on y ajoutera l’effet des facteurs de forme entre les différentes surfaces au couleur

des scènes urbaines confinées. Jusqu’à présent les travaux réalisés sur les parois verticales n’ont pas étendu leur champ aux effets d’inter-réflexions entre les surfaces de l’environnement. Bougiatioti et al. (2009) ont réalisé une étude thermique des matériaux utili-sés comme « peau » pour les façades Athéniennes pour des bâtiments isolés peu ou pas sou-mis à l’effet des inter-réflexions. Les matériaux des façades ont été caractérisés par les mesu-res moyennes et maximales de la température de surface diurne, enregistrées par des thermo-couples de surfaces et par thermographie infrarouge entre 8 et 20 heures. La base de données ainsi constituée doit servir de références aux architectes qui souhaitent lutter contre l’ICU. Les mesures ont été effectuées sur les façades des bâtiments réels en fonctionnement et sans masques solaires lointains. Les différences de températures maximales entre l’air et les surfa-ces ont été observées pour les façades ouest, avec un écart allant de 10 à 15 °C pour les maté-riaux clairs et de 20 à 30°C pour les matématé-riaux foncés. Les matématé-riaux ayant une inertie impor-tante présentent encore 10°C d’écart après 22 h.

Cheng et al. (2005) ont utilisé des maquettes tests de forme cubique pour étudier la sensibilité thermique de l’air intérieur, à la couleur (absorptivité solaire) et à la capacité thermique mas-sique de l’enveloppe sous un climat humide et chaud (Hong Kong). Pendant l’été, la tempéra-ture de l’air dans la cellule à structempéra-ture légère et sans fenêtres était par rapport à la températempéra-ture de l’air extérieur :

• au maximum 2-3°C supérieure pour la cellule blanche (αSOL=0,25) • au maximum 12°C supérieure pour la cellule noire (αSOL =0.8) • Pendant la nuit l’écart entre les cellules devenait négligeable.

En journée, lorsque l’ensoleillement déclinait en dessous de 300W/m², la température à l’intérieur des cellules était réduite de 1 et 5 °C pour la cellule blanche et la cellule noire res-pectivement, montrant que, plus une surface est absorbante, plus les fluctuations diurnes sont importantes. Suite à l’augmentation de l’inertie des cellules par des éléments de béton de 90mm contre les façades intérieures, ils ont montré une atténuation considérable des maximas de la température intérieure ainsi qu’une légère hausse des minimas à cause de la chaleur stockée dans l’espace habitable et réémise sous forme de rayonnement GLO durant la nuit. Les résultats montrent que dans les climats chauds à forts besoins en climatisation, l’utilisation de la faible inertie est plus adaptée pour les bâtiments résidentiels non occupés

pendant la journée alors que les bureaux nécessitant une climatisation pendant la journée et non la nuit, seraient plus adaptés à une construction de forte inertie.

Les effets de confinement urbain sur le piégeage radiatif ont été pris en compte par Robinson et al. (2007). Ils présentent les résultats d’une étude paramétrique sur la conservation de l’énergie dans une rue canyon en fonction de son ratio géométrique et de la surface de vitrage relative à la surface murale à Athènes, sans précisions sur la valeur de l’absorptivité solaire et GLO des surfaces (Figure 19). Le modèle utilisé comporte un couplage du modèle de micro-climat urbain CTTC avec un outil radiatif prenant en compte les inter-réflexions en site urbain et un code détaillé d’énergétique du bâtiment prenant en compte les effets de vitrage, de lumi-nosité des locaux intérieurs et des scénarii d’occupation intérieure. Les gains sont représentés normalisés par rapport à un canyon H/W = 1 et 20% de vitrage.

Figure 19 : Variation de la demande d’énergie utilisée pour la climatisation (a) et le chauf-fage(b) pour les bâtiments d’un canyon en fonction de son ratio H/W et de son taux de vitrage

L’énergie normalisée nécessaire à la climatisation diminue lorsque le ratio géométrique aug-mente et que la demande est maximale pour de grandes surfaces vitrées à l’intérieur d’une rue espacée. De plus, l’écart entre les consommations en rafraîchissement relative à la taille des vitrages diminue lorsque le ratio géométrique augmente. En hiver, la demande en chauffage est moins importante pour les canyons espacés avec des ratios H/W inférieur à 1 et qui ont une faible surface vitrée. Pour les canyons étroits, H/W > 1, la demande énergétique en chauffage se réduit lorsque l’on augmente le ratio de vitrage. En intégrant la consommation relative à l’éclairage selon une valeur seuil du rayonnement solaire transmis à travers les vitrages l’ensemble des variations de la consommation énergétique sont sommées sur la période an-nuelle pour déterminer les émissions anan-nuelles liées à la configuration de la rue canyon, qui bien sûr sont aussi dépendants des systèmes énergétiques utilisés (Figure 20).

Figure 20 : variation des émissions annuelles en CO2 liée à la consommation énergétique pour les bâtiments d’un canyon en fonction de son ratio H/W et de son taux de vitrage

La morphologie la plus adaptée à la conservation de l’énergie semble donc être la rue canyon la plus espacée possible avec le moins de vitrages possible. On est donc pratiquement dans la configuration des quartiers résidentiels pavillonnaires. Il faut rappeler que cette simulation ne prend pas en compte les effets aérauliques liés à la structure de rue canyon.

Comme vu précédemment, La variation spatiale de l’intensité d’ICU est largement dépen-dante des aménagements urbains, des formes architecturales et des techniques de construction. Ces paramètres diffèrent d’une ville à l’autre ; cependant, les quartiers caractérisés par une forte densité, des constructions élevées et une forte demande en climatisation (bureaux) sont toujours les plus touchés. Les toitures cools semblent avoir une efficacité maximale pour les structures pavillonnaires et pour les grands ensembles commerciaux où l’emprise au sol est beaucoup plus élevée que la hauteur du bâtiment. Bien que des gains directs sur la consomma-tion énergétique aient été démontrés dans des cas d’utilisaconsomma-tion de revêtements cool sur l’ensemble des toitures à l’échelle du quartier pour des scénarios extrêmes (blanc), le traite-ment de la toiture est surtout efficace pour les locaux situés directetraite-ment sous la toiture. Les images satellites (Voogt et al. 2003) et les campagnes expérimentales sur les flux sensi-bles et latents s’échappant de la canopée ont démontré la considérable influence des façades verticales et de la chaussée dans les rues composant les centres villes. Dans cet environnement bâti où la densité de construction est maximale, les facteurs de vue du ciel des surfaces sous la canopée sont réduits, le piégeage radiatif et la pauvre ventilation des rues entrainent une cer-taine inertie pour le refroidissement du volume d’air et des surfaces. Pendant les nuits d’été, les températures de façades d’un canyon à Göteborg, en, Suède demeurent 5 à 7°C plus

chau-des que les toitures pendant la nuit et cette tendance est respectée quelle que soit la saison avec des contrastes un peu moins importants pendant l’hiver (Offerle et al. 2007). L’utilisation de façades cool semble être une bonne solution pour réduire leur stockage d’énergie radiative diurne.

Le travail qui suit propose d’étudier la performance de façades cool et colorés cool sur le stockage d’énergie par piégeage radiatif dans une rue canyon par une approche expérimentale. Cette étude permettra de compléter les connaissances sur les phénomènes physiques liés aux interactions radiatives entre les structures urbaines selon la distribution de la réflectivité à leur surface. La rue canyon, déjà utilisée dans de nombreuses études, semble être la structure géné-rique la plus représentative de l’espace urbain dense. Les influences liées aux paramètres ca-ractéristiques du canyon, tels que la convection aux surfaces, les propriétés thermiques des matériaux, les facteurs géométriques ou la dégradation des réflectivités initiales par vieillis-sement seront approchées par mesures de bilans de surfaces et complétées par des simulations numériques sur les outils appropriés.

2. Performances thermiques des peintures sur un