Les surfaces réfléchissantes sont des procédés qui tendent à maximiser le rayonnement solaire pour améliorer l'albédo de la Terre (la capacité à réfléchir les longueurs d'onde visibles, infrarouges et ultraviolets du soleil, réduisant le transfert de chaleur vers la surface). Le GIEC inclut dans ces méthodes "le blanchiment des toits, les changements dans la gestion de l'utilisation des terres (par exemple, l'agriculture sans labour ), le changement de l'albédo à plus grande échelle (couvrant les glaciers ou les déserts avec des feuilles réfléchissantes et les changements dans l'albédo des océans)de Coninck, H., A. Revi, M. Babiker, P. Bertoldi, M. Buckeridge, A. Cartwright, W. Dong, J. Ford, S. Fuss, J.-C. Hourcade, D. Ley, R. Mechler, P. Newman, A. Revokatova, S. Schultz, L. Steg, and T. Sugiyama, 2018: Strengthening and Implementing the Global Response. In: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [MassonDelmotte,V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, and T. Waterfield (eds.)]. In Press. Pg. 348.".
Les types de surface réfléchissante les plus connus sont les peintures réfléchissantes pour toit aussi appelées « cool roof ». Alors que les peintures réflectives sont principalement associées au blanc, elles sont disponibles dans différentes couleurs et à la fois destinées aux bâtiments commerciaux et résidentiels.
Méthode En tant que méthode pour lutter contre le réchauffement climatique, le rapport 2018 du GIEC indiquait le potentiel de réduction de la température mondiale comme "faible", mais reconnaissait des changements de température de 1 à 3°C à l'échelle locale. L'application limitée de surfaces réfléchissantes peut atténuer l'effet d'îlot de chaleur urbainSen, Sushobhan, and Lev Khazanovich. "Limited application of reflective surfaces can mitigate urban heat pollution." Nature Communications 12, no. 1 (2021): 1-8..
Les surfaces réfléchissantes sont utilisées pour augmenter l'albédo des zones agricoles et urbaines. A noter qu'un changement d'albédo d'une échelle de 0,04 à 0,1 dans les zones urbaines et agricoles pourrait potentiellement réduire les températures mondiales de 1,0 ° C.
L'approche des surfaces réfléchissantes est similaire à celle du refroidissement radiatif étant donné qu'elles se concentre la réflectivité des corps et sur le rayonnement thermique.
Types de surfaces réfléchissantes
Les peintures réflectives aussi dites "cool roof"
Avantages Les toits réflectifs peuvent offrir des avantages immédiats et à long terme, notamment :
Jusqu'à 15 % d'économies sur la consommation annuelle d'énergie de climatisation pour un bâtiment à un étage ; Aide à atténuer l'effet d'îlot de chaleur urbain ; Réduction de la pollution de l'air et des émissions de gaz à effet de serre, ainsi qu'une compensation significative de l'impact sur le réchauffement des émissions de gaz à effet de serre.
Les toits réflectifs permettent de réaliser des économies d'énergie sur le refroidissement pendant l'été. Sous certains climats, ils peuvent aussi augmenter le besoin de chauffage pendant les hivers froids. Par conséquent, le niveau d'économie d'énergie nette engendrée par les toits réflectifs varie en fonction du climat. Une étude d'efficacité énergétique de 2010 examinant ce problème pour les bâtiments commerciaux climatisés aux États-Unis précise que les économies de refroidissement en été l'emportent généralement sur la pénalité de chauffage en hiver, y compris sous les climats froids près de la frontière canado-américaine, ce qui permet des économies à la fois sur l'électricité et les émissions. Sans un programme d'entretien approprié pour garder le revêtement propre, les économies d'énergie des toits réflectifs peuvent diminuer avec le temps en raison de la dégradation de l'albédo due à l'encrassement.
La chaleur et la lumière affectent directement la durabilité et la dégradation des revêtements d'étanchéité. L'exposition aux rayons solaires peut provoquer au niveau de la toiture de grandes variations de température, saisonnières et quotidiennes, qui sont préjudiciables à la longévité des membranes d'étanchéité présentes en toiture. Les supports réfléchissantes permettent une réduction des extrêmes de température et réduisent la dégradation des membranes. Couvrir les membranes d'étanchéité avec des matériaux qui réfléchissent les rayons ultraviolets et infrarouges réduit les dommages causés par la dégradation des UV et de la chaleur. Les surfaces blanches réfléchissent plus de la moitié du rayonnement qu'elles reçoivent, tandis que les surfaces noires en absorbent la quasi-totalité. Des membranes de toiture à revêtement blanc, les peintures réflectives blanches, ou une couverture de gravier blanc sembleraient être la meilleure approche pour contrôler ces problèmes lorsque les membranes doivent être laissées exposées au rayonnement solaire.
Si tous les toits plats étaient blanchis, la réflectivité globale de la Terre augmenterait de 10 % et compenserait l'effet de réchauffement de 24 gigatonnes d'émissions de gaz à effet de serre, soit l'équivalent sur 20 ans de 300 millions de voitures en moins en circulation. Un toit de 93m² repeint en blanc compense 10 tonnes de dioxyde de carbone au cours de sa durée de vie de 20 ans. Dans une étude de cas réelle menée en 2008 sur une augmentation de réflectivité à grande échelle dans la province d'Almeria, dans le sud de l'Espagne, il a été perçu un refroidissement de 1.6 °C (2,9 °F) sur une période de 20 ans par rapport aux régions environnantes, à la suite de l'installation de serres recouvertes de polyéthylène sur une vaste zone qui était auparavant un désert ouvert. Dans cette région, les agriculteurs blanchissent leurs toits l'été pour rafraîchir leurs plantes.
Un toit blanc réfléchit la lumière du soleil et la renvoie vers l'atmosphère puis l'espace quand au contraire, un toit sombre, absorbe la majeure partie de la lumière sous forme de chaleur. Elle est ensuite retransmise par le toit sous des longueurs d'onde plus longues, qui sont elles absorbées par l'atmosphère. (Les gaz de l'atmosphère qui absorbent le plus ces grandes longueurs d'onde ont été appelés "gaz à effet de serre").. Les résultats d'une étude menée par Syed Ahmad Farhan et al. de Universiti Teknologi PETRONAS et Universiti Teknologi MARA en 2021, portant sur le climat chaud et humide de la Malaisie, suggèrent que la sélection de tuiles blanches réduit considérablement les pics de transfert de chaleur par conduction et la température de surface du toit ainsi comme les valeurs du transfert de chaleur par conduction et de la température de surface du toit tout au long des profils diurnes. Au contraire, les résultats révèlent qu'elle n'influence pas les profils nocturnes, car un dégagement de chaleur vers le ciel a lieu tout au long de la nuit. Le dégagement de chaleur du bâtiment se produit en raison de l'absence de rayonnement solaire, ce qui réduit la température du ciel et permet au ciel d'agir comme un puits de chaleur qui favorise le transfert de chaleur du bâtiment vers le ciel pour atteindre l'équilibre thermique.
Des chercheurs de l'Université Concordia (étude de 2012) ont conduit des études similaires à celles de Stanford (par exemple, les réponses des nuages) et ont estimé que le déploiement mondial de toits et de trottoirs réflectif dans les villes générerait un effet de refroidissement global équivalent à une compensation allant jusqu'à 150 gigatonnes d'émissions de dioxyde de carbone – assez pour retirer toutes les voitures du monde de la circulation pendant 50 ans.
Les types
Revêtements et étanchéités blancs Les membranes d'étanchéités thermoplastiques blanches (PVC et TPO) sont intrinsèquement réfléchissantes, avec des mesures de réflectance et d'émittance parmi les plus élevées au sein des revêtements d'étanchéité. Un toit en thermoplastique blanc, par exemple, peut réfléchir 80 % ou plus des rayons du soleil et émettre au moins 70 % du rayonnement solaire absorbé par le toit. Un toit en bitume ne réfléchit qu'entre 6 et 26 % du rayonnement solaire.
En plus de ces membranes, il existe également des recherches sur les bardeaux d'asphalte. Ils constituent la majorité du marché nord-américain des toitures résidentielles, et les préférences des consommateurs se portent sur des couleurs plus foncées qui font de la création de bardeaux réfléchissants solaires un défi particulier (les bardeaux d'asphalte ont des réflectances solaires de seulement 4 % à 26 %). Lorsque ces toits sont conçus pour refléter une quantité accrue de rayonnement solaire, l'effet d'îlot de chaleur urbain peut être réduit grâce à la réduction des besoins de refroidissement en été. Pour satisfaire les demandes des consommateurs pour des couleurs plus foncées qui reflètent encore des quantités importantes de lumière solaire, différents matériaux, procédés de revêtement et pigments sont utilisés. Étant donné que seulement 43 % de la lumière se produit dans le spectre de la lumière visible, la réflectance peut être améliorée sans affecter la couleur en augmentant la réflectance de la lumière UV et IR. Une rugosité de surface élevée peut également contribuer aux faibles réflectances solaires des bardeaux d'asphalte, car ces bardeaux sont constitués de nombreux petits granules approximativement sphériques qui ont une rugosité de surface élevée. Pour réduire cela, d'autres matériaux de granulés sont à l'étude, tels que des flocons de roche plats. Une autre alternative consiste à enrober les granulés dans un procédé à double couche : le revêtement extérieur peu réfléchissant aurait le pigment de couleur souhaité et le revêtement intérieur est un revêtement de dioxyde de titane, lui hautement réfléchissant.
Les gravier blanc naturel utilisés en recouvrement peuvent être considéré comme une option alternative pour obtenir une toiture fraîche et des trottoirs frais.
L'acier inoxydable est le revêtement le plus réflectif avec l'indice SRI le plus élevé. Ils sont à quelques degrés au-dessus de la température ambiante dans des conditions de vent moyen. Leurs SRI vont de 100 à 115. Certains sont également hydrophobes, ils restent donc très propres et conservent leur SRI d'origine même dans des environnements pollués.
Toits enduits Un toit existant (ou nouveau) peut être rendu réfléchissant en appliquant un revêtement réfléchissant solaire sur sa surface.
Toits bleus et rouges Des chercheurs du Laboratoire national Lawrence-Berkeley ont déterminé que le pigment « bleu égyptien » utilisé en Egypte ancienne absorbe la lumière visible et émet de la lumière dans le proche infrarouge. Une découverte qui peut s'avérer utile pour le développement de matériaux de construction pour garder les toits et les murs frais....
Les mêmes chercheurs ont également développé des revêtements rouges rubis fluorescents avec des propriétés réfléchissantes similaires aux toits blancs.
Toitures végétalisées Les toitures végétales ou toitures végétalisées sont également mentionnés par le GIEC fournissent une couche de masse thermique qui aide à réduire le flux de chaleur dans un bâtiment. La réflexion solaire de ces toits varie selon les types de plantes (généralement 0,3 à 0,5).. Les toits végétalisés peuvent ne pas refléter autant qu'un toit réflectif, mais ils ont d'autres avantages tels que l'évapotranspiration qui refroidit les plantes et la zone immédiate autour des plantes, aidant à abaisser les températures du toit mais augmentant l'humidité, naturellement. De plus, certains toits végétalisés nécessitent un entretien tel qu'un arrosage régulier.