Un nouveau tissu rend les îlots de chaleur urbains plus supportables

Cette année, des vagues de chaleur massives ont déjà été enregistrées dans le monde entier, les villes du Mexique, de l'Inde, du Pakistan et d'Oman atteignant des températures proches ou supérieures à 50 degrés Celsius (122 degrés Fahrenheit).

À mesure que les températures mondiales et la population urbaine augmentent, les villes du monde sont devenues des « îlots de chaleur urbains », avec des conditions de confinement serrées et le rayonnement thermique émis par les trottoirs et les gratte-ciel piégeant et amplifiant ces températures. Avec 68 % de la population qui vivra dans les villes d’ici 2050, il s’agit d’un problème mortel et croissant.

Dans un article publié dans Science, des chercheurs de l'École d'ingénierie moléculaire (PME) d'UChicago Pritzker détaillent un nouveau tissu portable qui peut aider les citadins à survivre aux pires impacts de la chaleur massive provoquée par le changement climatique mondial, avec des applications dans les vêtements, la conception de bâtiments et de voitures et le stockage des aliments.

Lors de tests sous le soleil de l'Arizona, le matériau est resté 2,3 degrés Celsius (4,1 degrés Fahrenheit) plus frais que le tissu émetteur à large bande utilisé pour les sports d'endurance en plein air et 8,9 degrés Celsius (16 degrés Fahrenheit) plus frais que la soie commerciale couramment utilisée pour les chemises, les robes et autres vêtements d'été.

L’équipe espère que cela aidera de nombreuses personnes à éviter les hospitalisations et les décès liés à la chaleur observés dans les centres de population mondiaux cette année seulement.

“Nous devons réduire les émissions de carbone et rendre nos villes carbone négatives ou neutres en carbone”, PME Asst. » a déclaré le professeur Po-Chun Hsu. “Mais en attendant, les gens ressentent l'impact de ces températures élevées.”

“Il faut penser à l'environnement”

Le tissu rafraîchissant existant pour les sports de plein air fonctionne en réfléchissant la lumière du soleil de manière diffuse afin de ne pas aveugler les spectateurs. Mais dans un îlot de chaleur urbain, le soleil n’est qu’une source de chaleur parmi d’autres. Tandis que le soleil brille d'en haut, le rayonnement thermique émis par les bâtiments et les trottoirs souffle sur les citadins avec une chaleur torride provenant des côtés et du dessous.

Cela signifie que de nombreux matériaux qui donnent de bons résultats lors des tests en laboratoire n'aideront pas les citadins de l'Arizona, du Nevada, de la Californie, de l'Asie du Sud-Est et de la Chine, alors que des vagues de chaleur massives sont prévues pour les prochaines semaines.

“Les gens se concentrent normalement sur les performances ou la conception des matériaux des textiles rafraîchissants”, a déclaré le co-premier auteur Ronghui Wu, chercheur postdoctoral à PME. “Pour fabriquer un textile susceptible de s'appliquer à la vie réelle, il faut tenir compte de l'environnement.”

Un exemple simple de prise en compte de l’environnement est celui des gens debout. Ils portent des matériaux conçus pour refléter la lumière directe du soleil, mais seuls leurs chapeaux, leurs épaulettes et le dessus de leurs chaussures (environ 3 % de leurs vêtements) font face à cette lumière directe. Les 97 % restants de leurs vêtements sont chauffés par le rayonnement thermique qui leur parvient des côtés et du dessous, ce que le tissu émetteur à large bande ne combat pas.

Le soleil et le trottoir cuisent avec des chaleurs différentes. Créer un matériau capable de protéger les utilisateurs des deux a constitué un défi technique majeur pour l'équipe.

“La lumière solaire est une lumière visible, le rayonnement thermique est infrarouge, ils ont donc des longueurs d'onde différentes. Cela signifie que vous devez disposer d'un matériau qui possède deux propriétés optiques en même temps. C'est très difficile à réaliser”, a déclaré le co-premier auteur Chenxi Sui, un doctorat. candidat à PME. “Vous devez jouer avec la science des matériaux pour concevoir et régler le matériau afin de vous donner différentes résonances à différentes longueurs d'onde.”

Les coûts du confort

Trop souvent, refroidir une maison signifie réchauffer la planète, l'impact carbone des systèmes de climatisation et de réfrigération contribuant au changement climatique.

“Notre civilisation utilise en réalité environ 10 à 15 % de l'énergie totale simplement pour nous sentir à l'aise partout où nous allons”, a déclaré Hsu.

Le risque lié à la chaleur n’est cependant pas réparti uniformément. Aux États-Unis et au Japon, plus de 90 % des foyers disposent d’un climatiseur, un chiffre qui tombe à 5 % en Inde et dans certaines régions d’Afrique.

Le nouveau textile de l'équipe PME, qui a reçu un brevet provisoire, peut contribuer à fournir un système de refroidissement passif qui peut compléter et réduire le besoin de systèmes à forte intensité énergétique et coûteuse.

Les applications vont bien au-delà des vêtements.

Une version plus épaisse du tissu protégé par une couche invisible de polyéthylène pourrait être utilisée sur les côtés des bâtiments ou des voitures, abaissant ainsi les températures internes et réduisant le coût et l'impact carbone de la climatisation. De même, le matériau pourrait être utilisé pour transporter et stocker du lait et d'autres aliments qui autrement se gâteraient sous l'effet de la chaleur, réduisant ainsi l'impact de la réfrigération.

“Vous pouvez économiser beaucoup de coûts de refroidissement, d'électricité et d'énergie car il s'agit d'un processus passif”, a déclaré Sui.