#21 - Revêtements innovants et solutions d’aménagement : retours d’expérience pour lutter contre les îlots de chaleur urbains
Cinq questions à Julien Van Rompu, Chef de projets au sein de la direction Recherche & Innovation d’Eiffage Route
Les îlots de chaleur urbains, autrement dit l’élévation localisée de la température par rapport aux zones rurales et forestières voisines, entraînent l’inconfort des citadins en période estivale – et ce notamment lors des canicules qui exacerbent ce phénomène. Avec le changement climatique, les vagues de chaleur vont s’intensifier. La surchauffe urbaine est donc un enjeu majeur pour les collectivités qui souhaitent ainsi s’adapter et mettre en œuvre des solutions concrètes propres à créer, à l’inverse, des îlots de fraîcheur, pour apporter plus de confort aux habitants et usagers de la ville. Le groupe Eiffage cherche à répondre à cet enjeu, développe et teste des solutions de rafraîchissement urbain dans ses projets. La filiale Eiffage Route, très impliquée dans les aménagements urbains, a notamment mis en place un démonstrateur d’îlot de fraîcheur à Hyères dans le Var.
Julien Van Rompu, Chef de projets au sein de la direction Recherche & Innovation d’Eiffage Route, lève le voile sur cette expérimentation inédite et plus globalement sur les travaux d’Eiffage en la matière.
Pourquoi et depuis quand Eiffage Route s’intéresse-t-il à la thématique des îlots de chaleur urbains - et par antithèse aux îlots de fraîcheur ?
Les premières réflexions sur le concept de ville durable au sein d’Eiffage remontent à 2007 et à la création d’un laboratoire interne en développement urbain durable, baptisé Phosphore : la thématique des îlots de chaleur urbains (ICU) y était abordée en filigrane. Cette réflexion s’est intensifiée au fil des années parallèlement à l’engagement croissant des collectivités sur le sujet, relevant du confort urbain et de la santé publique.
« Le démonstrateur îlot de fraîcheur d’Hyères,
une première dans l’industrie routière »
Pour traiter au mieux cet enjeu, Eiffage Route a mis en place en 2018 un démonstrateur grandeur nature à Hyères en Provence Alpes Côte d’Azur. Cette filiale multiplie les innovations de rupture : elle dispose de ses propres centres d’études et de recherche qui comptent une cinquantaine de chercheurs, ingénieurs et techniciens. L’objectif du démonstrateur est d’étudier scientifiquement l’impact de différents revêtements (couleur, granulométrie, etc.) sur la température et le confort thermique ainsi que la contribution de l’eau au rafraîchissement. Les premières mesures ont été effectuées dès 2019. Sa construction a été financée sur les fonds propres de l’entreprise, dont une partie à travers un fonds interne de soutien à l’innovation.
Y a-t-il des espaces particulièrement vulnérables dans les villes et/ou l’espace urbain dans son ensemble est-il particulièrement vulnérable ?
Le phénomène d’îlot de chaleur urbain se manifeste à l’échelle d’un quartier, particulièrement dans les zones où la morphologie urbaine limite la circulation de l’air ou de l’eau. Ainsi, les quartiers où la verticalisation du bâti engendre des pièges radiatifs (chaleur piégée au sol) et bloque les flux aérauliques, seront particulièrement touchés : on parle de « canyons urbains ».
L’imperméabilisation des sols par des revêtements artificiels à faible albédo (pouvoir réfléchissant d’une surface, sa capacité à renvoyer le rayonnement qu’elle reçoit)accroît également le phénomène des ICU. Les rues et places fortement minéralisées sont ainsi concernées, contrairement aux espaces verts ou perméables. La circulation de l’eau joue en effet un rôle majeur dans la régulation de la température d’un milieu. La vulnérabilité d’un espace urbain est aussi liée à son utilisation : ainsi, les zones de forte affluence piétonnière, telles que les places ou parvis et les cheminements piétons, ou encore celles fréquentées par des populations vulnérables (cours d’école, abords d’hôpitaux ou d’EHPAD) sont à considérer en priorité.
En quoi consiste le démonstrateur d’îlot de fraîcheur qu’Eiffage Route a mis en place à Hyères ? Quels sont les premiers résultats et les développements à venir ?
Le démonstrateur d’Hyères est un outil scientifique unique dans l’industrie routière qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet. Il s’agit d’un dispositif, installé sur le site d’une agence d’Eiffage Route à Hyères, permettant de tester l’efficacité de différentes solutions de rafraîchissement urbain. Il consiste en des plots de mesure de l’albédo et de l’échauffement de surface de différents revêtements et en un démonstrateur d’îlot de fraîcheur urbain déclinable en plusieurs configurations.
Les plots de démonstration visent à mesurer, à l’aide d’une caméra thermique, l’élévation de température à la surface de plusieurs types de revêtements (enrobés, bétons, pavages et dallages, sables stabilisés) comparée à la température ambiante, et de la relier à l’albédo de ces surfaces. Ils ont permis de mettre en évidence la diminution importante de température de surface amenée par le remplacement d’un enrobé bitumineux conventionnel de couleur noire par un revêtement clair qui atteint de l’ordre de 15°C.
Le démonstrateur d’îlot de fraîcheur est constitué du revêtement à tester, d’une surface de 100 m2, d’un système de mise en eau (mur d’eau et caniveau à débordement), d’un ensemble de thermo-boutons (capteurs de température) disposés à différentes positions et hauteurs, et d’une station météorologique comprenant plusieurs types de capteurs (sondes de température, hygromètre, anémomètre, pyranomètre). Une station de référence, identique à celle de l’îlot, est disposée sur le parking de l’agence. L’étude microclimatique réalisée consiste à évaluer les différences de température obtenues entre les stations d’étude et de référence, exprimées en indice UTCI (Universal Thermal Comfort Index, un indice de confort thermique, exprimé en °C, assimilable à une température ressentie). Cette mesure permet de quantifier objectivement le rafraîchissement obtenu dans différentes configurations. Ainsi, les mesures réalisées sur l’îlot ont permis d’évaluer les effets UTCI d’un changement de revêtement et ceux d’une aspersion d’eau, ainsi que leur combinaison : ils sont de l’ordre de 2 à 3°C en moyenne sur une journée, ce qui est très significatif. Des effets de pics, de 5 à 6°C, ont été observés à certaines heures de la journée : ils peuvent être attribués aux effets d’ombrage générés par les arbres plantés autour de l’îlot, ce qui atteste de l’efficacité de la végétation à rafraîchir un espace urbain.
Les mesures effectuées sur le démonstrateur ont été initiées dans le cadre du programme de recherche-actions E3S, développé par Eiffage et l'I-SITE Future, et se poursuivent dans le cadre d’une thèse cofinancée par Eiffage Route et Eiffage Aménagement, pour consolider les résultats de l’analyse microclimatique. Des évolutions sont envisagées pour l’îlot, telles que la mise en œuvre de végétation ou de mobilier urbain : leurs effets sur le rafraîchissement urbain seront également évalués. Il est aussi prévu de tester d’autres revêtements sur les plots de démonstration, suivant les mêmes modalités (mesure de l’échauffement de surface et de l’albédo).
En lien direct avec l’écoquartier LaVallée à Châtenay-Malabry (Hauts-de-Seine), le programme E3S, doté de deux millions d’euros, permet aux équipes d'Eiffage et de l'I-SITE Future de déployer des travaux de recherche sur un terrain d’étude à grande échelle. Le suivi du démonstrateur d’Eiffage Route à Hyères a été intégré à l’une des actions de l’atelier « gestion de l’eau », ce qui a notamment permis d’avoir l’accompagnement d’un enseignant-chercheur spécialiste des îlots de fraîcheur (Martin Hendel du LIED – laboratoire interdisciplinaire des énergies de demain).
Ce démonstrateur suscite-t-il un intérêt de la part des collectivités territoriales ? Quel panel de solutions proposez-vous pour répondre à leurs demandes ?
Les travaux sur le démonstrateur fournissent une évaluation des performances des solutions proposées et attestent de l’expertise d’Eiffage Route sur le sujet. Les collectivités territoriales montrent un très grand intérêt pour ces tests, ce qui se traduit par la réalisation de plusieurs projets concrets depuis 2019 : une portion de la piste cyclable ViaRhôna a ainsi été réalisée avec le revêtement Bioklair® sur l’île du Beurre, un espace naturel protégé situé à 40 km au sud de Lyon. Il s’agit d’un revêtement constitué de granulats sélectionnés pour leur teinte claire, et agglomérés par un liant écologique, d’origine majoritairement végétale. Issu de coproduits de la sylviculture et de l’industrie papetière française, associés à une résine synthétique, ce liant est créditeur en CO2 et s’inscrit dans la stratégie bas carbone d’Eiffage. Le revêtement est conçu pour les voiries urbaines, les voies douces et rues à faible trafic : il trouvera son plein usage sur les places, pistes cyclables et cheminements de mobilités douces. Le revêtement est clair et a donc un fort albédo ce qui le rend particulièrement efficace pour le traitement des îlots de chaleur urbains. Décliné en revêtement perméable, il participe à la désimperméabilisation des sols. Ce nouveau procédé a été lauréat du comité d’innovations routes et rues (CIRR) en 2020.
« Les collectivités territoriales montrent un très grand intérêt pour ces tests, ce qui se traduit par la réalisation de plusieurs projets concrets depuis 2019 »
D’autres projets de rénovation de cours d’école avec Bioklair® ont été réalisés durant l’été 2021 aussi bien en Rhône-Alpes, qu’en Occitanie et en Alsace.
En termes de coût, cette solution revient au m² à un prix très nettement inférieur à un béton désactivé (béton décoratif sur lequel un traitement de surface a été appliqué afin d’en faire apparaitre les granulats), tout en étant plus simple à mettre en œuvre. Son prix est comparable à celui d’un enrobé clair à base de liant synthétique, tout en présentant un bilan carbone bien meilleur que ce dernier par ses origines végétales.
Plus récemment, Eiffage a développé ÉcOasis®, une solution globale et systémique de réduction des phénomènes d’îlot de chaleur urbain (ICU), associant les composantes suivantes :
- Le revêtement Bioklair®, qui présente un albédo élevé, efficace pour le traitement des ICU. Formulé dans une version poreuse, il facilite l’infiltration de l’eau. Associé à une structure perméable afin de constituer une chaussée réservoir, il stocke et diffuse les eaux de pluie, tout en contribuant à la désimperméabilisation des sols.
- L’eau stockée dans les porosités de la structure, qui limite l’échauffement de la chaussée en augmentant son inertie thermique. Elle est aussi disponible pour la végétation aux alentours, voire pour des dispositifs d’aspersion.
- La végétation (arbres, noues végétalisées, jardins de pluie, etc.) qui favorise le rafraîchissement par évapotranspiration et génère également de l’ombre, ce qui apporte un confort thermique supplémentaire aux usagers.
- L’instrumentation intégrée (capteurs de température, hygromètre, anémomètre, etc.) permettant d’évaluer la performance de rafraîchissement de nos solutions.
Ce dispositif a également été lauréat du CIRR en 2021.
Comment évolue votre manière d’aborder les projets ?
Les expériences et réflexions menées sur le sujet depuis plus de dix ans nous ont confortés dans la nécessité de traiter le sujet de manière pluridisciplinaire. Le traitement d’un îlot de chaleur nécessite en effet une approche systémique intégrant plusieurs expertises pour le choix des matériaux et des principes d’aménagement, les réflexions sur la gestion de l’eau ou encore le choix d’une végétation adaptée. Dans le cadre d’un projet neuf, une réflexion peut en outre être menée sur la forme urbaine donnée au projet afin d’éviter le phénomène de canyon urbain, de limiter le piégeage radiatif et d’optimiser la ventilation naturelle et l’ombrage. Une autre piste intéressante est de travailler sur le mobilier urbain avec des solutions comme les corolles végétalisées d’Urban Canopée qui allient structure d’ombrage et végétalisation. 3 corolles sont d’ailleurs expérimentées au sein de l’écoquartier Smartseille à Marseille (Bouches-du-Rhône).
Le développement de projets d’îlots de fraîcheur offre ainsi une opportunité de synergies au sein du groupe Eiffage. Eiffage Route travaille notamment avec Eiffage Aménagement, ensemblier de la ville durable, dans le cadre de l’aménagement de l’écoquartier LaVallée à Châtenay-Malabry (Hauts-de-Seine) au sud de Paris afin de mettre en œuvre ses solutions dans un contexte opérationnel.
Eiffage Route s’associe également à des bureaux d’études et entreprises innovants pour développer des projets, par exemple avec la start-up Source Urbaine, qui développe les Jardins de Pluie Urbains®, des équipements alliant végétation et valorisation des eaux de pluie. Cette solution a d’ailleurs été lauréate du 1er appel à solutions organisé par la plateforme Sekoya, un club industriel dédié aux matériaux et procédés bas carbone créé à l’initiative d’Eiffage.
Pour ce qui concerne spécifiquement les revêtements, d’autres approches que l’amélioration de l’albédo sont également étudiées par Eiffage Route. Les équipes R&D s’intéressent ainsi au rôle joué par les porosités des revêtements perméables ainsi qu’aux propriétés thermiques (conductivité et capacité) des mélanges et de leurs constituants (granulats et liants).
Article suivant : Comprendre les Ilots de chaleur urbains du territoire et mettre en œuvre des solutions de remédiation
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