Contribution de différentes typologies de toiture au climat urbain en période caniculaire

Le climat des villes se caractérise entre autre par des températures d'air plus importantes comparées au milieu rural environnant, notamment la nuit. Ce phénomène, appelé îlot de chaleur urbain (ICU), est dû à plusieurs facteurs inhérent aux villes tel que la concentration des activités humaines, le manque de végétation, leur morphologie ou encore les matériaux qui y sont utilisés. Pendant la saison estivale et en particulier en période de forte chaleur, il entraîne une augmentation importante de la consommation énergétique notamment pour les besoins de froid et pose des enjeux sanitaires. Effectivement, lorsque ce phénomène est important la nuit, l'organisme humain ne récupère pas convenablement, ce qui entraîne des problèmes de santé notamment chez les personnes les plus fragiles. Diverses solutions sont donc étudiées pour modérer l'échauffement des villes lors des canicules. Elles peuvent porter sur la végétalisation et/ou l'arrosage des différentes facettes urbaines, sur la création d'espaces ombragés ou encore sur l'utilisation de matériaux perméables, hautement réfléchissants ou hautement émissifs. Parmi les surfaces qui peuvent être ciblées pour la mise en oeuvre de ces techniques, les toits présentent un potentiel intéressant de par leur surface importante et parce qu'ils sont majoritairement inoccupés, ne présentant ainsi pas de conflit d'usage comme cela peut-être le cas avec la mise en place de certaines techniques de rafraîchissement dans l'espace public. Aussi, les toitures présentent un double intérêt puisqu'elles constituent une interface entre l'atmosphère et le bâtiment. Elles participent donc à l'échauffement urbain et influent sur la consommation énergétique des bâtiments. Ce travail a pour objectif de quantifier la contribution à l'échauffement urbain des toitures en période caniculaire dépendamment de leurs propriétés radiatives et thermiques, de la nature et de l'agencement des couches qui les composent ou encore des techniques de rafraîchissement qu'il est possible d'y déployer. Cette étude est réalisée en laboratoire à l'aide d'un dispositif expérimental permettant de soumettre des échantillons de toiture à des conditions caniculaires. Le dispositif expérimental est composé d'une enceinte climatique programmable en température et en humidité, d'un simulateur solaire et d'un mécanisme d'aspersion. Deux configurations de toiture sont étudiées : les toitures isolées thermiquement par l'extérieur (ITE) et les toitures isolées thermiquement par l'intérieur (ITI). Chacune des configurations est étudiée pour deux types de toiture : standard (faible albédo), et réfléchissante (albédo élevé). La modification du comportement thermique des différentes structures, lorsque leur surface est arrosée, est aussi observée. Il apparaît que les structures ITE échauffent l'air extérieur en journée mais pas la nuit. Si les structures ITI échauffent moins l'air ambiant en journée, elles restituent une partie de la chaleur emmagasinée la nuit. Peu importe la structure, l'augmentation de la réflectivité solaire permet de diminuer sensiblement la contribution des toitures à l'échauffement urbain bien que l'impact soit plus marqué pour les toitures ITI puisqu'elle permet de diminuer la quantité de chaleur restituée. L'arrosage de la couche superficielle permet pour l'ensemble des structures étudiées de réduire considérablement les échanges convectifs pendant la phase diurne. Si le débit est suffisamment important, aucune des quatre toitures n'échauffent l'air ambiant en journée. Au-delà d'un certain débit les échanges convectifs deviennent même négatifs, c'est-à-dire que la toiture rafraîchit l'air ambiant proche de la surface. L'arrosage permet de réduire la contribution nocturne à l'ICU des toitures ITI. Pour chacune des structures, un débit optimal est déterminé minimisant la consommation d'eau tout en maximisant les effets rafraîchissants.