6-2-1* Rapport de la couleur et l’inertie thermique:

L’influence de la couleur et la masse thermique sous le climat chaud et humide a été testée à l’aide d’un équipement élaboré au département de l’architecture au « Chinese University of Hong Kong »¹⁸. L’équipement de test comprend deux cellules pour l’étude de l’effet de la couleur (l’une peinte en blanc: absorption 0.25, et une en noir absorption 0.80) et une grande cellule composée de quatre chambres pour l’étude de l’orientation.

Les résultats de l’étude révèlent que la température maximale de l'air à l'intérieur d'une pièce de faible masse, non ventilée et sans aucune fenêtre pourrait être supérieure de 10°C si elle est peinte en noir, que si elle est peinte en blanc.

17 TAHA. H, AKBARI.H, ROSENFELD. A and HUANG. J, Residential cooling loads ad the urban heat

island the effect of albedo, 1988, Building and Environment 23 (4), p 271-283.

18 CHENG.V, NG. E and GIVONI. B, Effect of envelope colour and thermal mass on indoor temperatures

Avec l’addition de la masse thermique (20mm contre-plaqué, 25mm isolation, et 90mm béton de densité 1980 Kg/m) et sous conditions de cellules fermées, sans fenêtres, l'effet le plus considérable de la masse thermique exprime l'oscillation diurne de température intérieure par des maxima inférieures et des minima supérieures à ceux de l’air externe. La température maximale à l'intérieur de la cellule noire était de deux 2°C au dessus de l'extérieur. Pendant que la température maximale à l’intérieur de la cellule blanche était de 3°C en dessous de l’extérieur. Pendant la nuit, les élévations de la température intérieure au-dessus de l’extérieur étaient 5 et 2 °C dans la noire et la blanche respectivement. Sous l'effet de la masse thermique, la différence de température intérieure entre les deux cellules testées a été réduite par demi. A part l'habilité de suppression de la température, l'addition de la masse thermique a aussi différé l'occurrence de la température maximale pour plusieurs heures. Comme peut être vu dans la Fig-IV-19- le maximum de la température extérieure s'est produit au environ de midi (12:30 pm); pendant que le maximum intérieur s'est produit vers la fin de l'après-midi (04:30 pm).

La Fig-IV-20- montre que les températures de l'air interne au cas de la masse thermique, étaient moins dépendantes de la radiation solaire qu'avec l'enveloppe légère. Le résultat a suggéré que l'addition de la masse thermique a réduit la sensibilité de la couleur de surface. Cependant, l'effet de la masse thermique sur la température intérieure n'était pas linéaire. La mesure de température de l'air à l'intérieur de la cellule blanche avec masse thermique doublée (deux couches de briques en béton) a révélé que l'effet de la masse thermique s'affaiblit quand il arrive à certaine épaisseur.

Fig-IV-19- Variation de la température à l’intérieur de la cellule fermée et sans fenêtre. (Source: Cheng.V, NG. E et Givoni, 2005, réadapté par auteur)

Fig-IV-20- Variation de la température intérieure sous condition de cellule de masse thermique élevée, fermée et sans fenêtre (Source:Cheng.V, NG. E et Givoni,2005 réadapté par auteur)

La Fig-IV-21-montre l'effet de la masse thermique sur les températures à l'intérieur des quatre chambres, mesurées au printemps. Les différences des caractéristiques dans les orientations ont été supprimées par l'effet de la masse thermique. La température de l'air à l'intérieur des quatre chambres était comparable, excepté, les plus hautes températures dans la chambre orientée ouest pendant les heures de la fin de l'après-midi. Les températures de l'air interne étaient plus hautes que la température de l'air externe pendant le jour et le soir.

Fig-IV-21- Variation de la température intérieure en quatre orientations sous condition de cellule de masse thermique élevée, fermée et sans fenêtre

Il en ressort de cette étude approfondie que l'application de couleur de surface claire est, en effet le plus simple, très efficace, et économe moyen pour réduire la température intérieure en climat chaud et humide. Aussi la haute masse thermique peut abattre dramatiquement et retarde le maximum de température pendant le jour, ce qui résultera en une réduction considérable dans le dimensionnement des systèmes de rafraîchissement. IV-6-2-2* La couleur du toit :

Le toit constitue la paroi du bâtiment qui reçoit le plus de radiation solaire. A cet effet Kuba a investigué sur l'effet de la chaux blanche sur un toit en terre de 17cm d’épaisseur. La moitié de la surface du toit était peinte en chaux blanche et l'autre ne l'était pas. La fréquence solaire maximale à midi était de 55°C quand la température de la surface au dessus de la terre naturelle était 63°C et, sur la surface blanchie à la chaux 31°C où la température maximale de l'air était 33°C. Au plafond, la température en dessous de la surface de terre était 34°C, et en dessous la surface blanchie à la chaux 24°C. Par conséquent la peinture en chaux avait considérablement contribué à la réduction de la transmission de la chaleur à travers la structure du toit.

IV-6-2-3* L’albédo :

Associé à la couleur et les matériaux de surface, l’albédo est un paramètre influant sur la performance thermique du bâtiment. Autrement dit la réduction des températures surfaciques contribue directement à l'adoucissement des effets négatifs de l’îlot de chaleur. A travers des simulations et études de cas, il a été démontré qu'en augmentant l'albédo des surfaces urbaines et en plantant les arbres, le phénomène de l'îlot de chaleur est efficacement atténué. Une grande augmentation de l'albédo, combinée avec l’ombrage des arbres peut réduire de 40% l'usage de l'énergie pour la climatisation.¹⁹

Aussi le toit avec un haut albédo permet de réduire l'usage des systèmes de rafraîchissement. L’exemple des céramiques rouges et blanches utilisées dans les toitures en Brésil, étaient les seules matériaux parmi plusieurs mesurés qui avaient atteint les températures de surface inférieures au températures de l'air. Par contre les matériaux métalliques qui avaient des performances semblables aux céramiques rouges et blanches, avec des valeurs d’albédo autour de 55% ont montré de plus hautes températures de surface. Cela s’est produit à cause de la basse émissivité du métal, lequel émet de courtes radiations thermiques, et les pertes de chaleur par convection ne peuvent pas le refroidir.²⁰

19 ROSENFELD. A. H, et al, Mitigation of urban heat island: materials unity programs, and updates, Energy and Buildings 22 (1995), pp: 255-265.

20 ARAUJO PRADO. Racine Tadeu , FERREIRA. Fabiana Lourenço, Measurement of albedo and analysis