Les dix dernières années ont connu les températures les plus chaudes jamais enregistrées. Les villes se réchauffent davantage que les espaces suburbains et ruraux, ce qui les rend plus chaudes que les zones environnantes. Près de 70 % de la population mondiale s'installera dans les villes d'ici à 2050, ce qui aggravera les problèmes de chaleur urbaine. Les îlots de chaleur urbains présentent des risques importants, notamment une augmentation des maladies et des décès liés à la chaleur, en particulier pour les populations vulnérables telles que les personnes âgées et les jeunes enfants, ainsi qu'une détérioration de la qualité de l'air, une augmentation de la consommation d'énergie due à des besoins accrus en matière de climatisation, et l'impact potentiel sur les écosystèmes locaux et la qualité de l'eau.
Découvrez comment les surfaces de refroidissement intelligentes et les technologies IoT , y compris les capteurs de chaleur et les dispositifs sans fil, peuvent fonctionner ensemble pour aider à surveiller et à combattre la chaleur urbaine.
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Qu'est-ce que l'effet d'îlot de chaleur urbain ?
L'effet d'îlot thermique urbain est dû au fait que les bâtiments, les structures en béton et les routes des centres-villes absorbent et retiennent davantage la chaleur que les zones naturelles, telles que les parcs, les forêts et les espaces verts. Même les zones suburbaines sont moins sujettes à la chaleur, car on y trouve généralement beaucoup plus d'arbres, de pelouses et de parcs. En raison de leur densité, les villes deviennent des îlots de chaleur urbains qui ont tendance à piéger et à retenir la chaleur.
Pourquoi la chaleur urbaine est-elle un problème ?
Aux États-Unis, 80 % de la population vit dans des zones urbaines qui souffrent des effets de la chaleur urbaine. Ces zones peuvent connaître des températures de 8 degrés Fahrenheit supérieures à celles des zones environnantes. Selon l'Institut national de la santé, chaque degré supplémentaire lors d'une vague de chaleur augmente la mortalité de près de 2,5 %. Parmi les autres effets notables de la chaleur urbaine, on peut citer
- Modification des conditions météorologiques - Les phénomènes météorologiques extrêmes, les inondations généralisées et les sécheresses prolongées deviennent plus fréquents.
- Diminution de la qualité de l'air - L'augmentation de la demande de refroidissement crée des niveaux plus élevés d'émissions telles que l'ozone.
- Diminution de la qualité de l'eau - L'augmentation de la température de l'eau rend la survie des poissons plus difficile.
- Des factures d'énergie plus élevées - L'élimination de la chaleur excédentaire des bâtiments entraîne des factures d'énergie plus élevées.
- Les réseaux électriques sont mis à rude épreuve lorsque la demande de refroidissement augmente - La demande de refroidissement aux États-Unis a augmenté de 97 % depuis 1972.
- Refroidissement inégal - Trop de pavés et peu de zones naturelles entraînent des problèmes de santé liés à la chaleur, et il a été démontré que cet effet affecte de manière disproportionnée les zones à faibles revenus.
Quelles sont les causes des îlots de chaleur urbains ?
Dans les zones urbaines, l'environnement bâti comporte davantage de routes pavées et de toits que dans les zones périphériques. Ces surfaces artificielles attirent et retiennent la chaleur beaucoup plus facilement que les surfaces naturelles. Les îlots de chaleur urbains sont dus à d'autres facteurs, notamment
- Réduction des paysages naturels - Les paysages naturels fournissent de l'ombre et un refroidissement naturel grâce à l'évaporation de l'eau.
- Matériaux fabriqués par l'homme - Les matériaux fabriqués par l'homme dans les zones urbaines absorbent et émettent plus de chaleur que les paysages naturels.
- Aménagements urbains - Les grandes masses de bâtiments très denses bloquent le flux de vent qui refroidit naturellement l'air.
- Chaleur résiduelle - La climatisation, les véhicules et l'industrie dégagent tous de la chaleur dans l'environnement urbain.
Pourquoi certaines villes sont-elles plus fraîches que d'autres ?
Les bâtiments, les toits et les chaussées qui absorbent la chaleur dominent l'environnement bâti. Ces surfaces absorbent et diffusent la chaleur bien plus que les surfaces naturelles, les arbres, les jardins et les pelouses. Dans les villes qui luttent activement contre la chaleur urbaine à l'aide d'une série de stratégies, les températures restent plus fraîches. Ces villes combinent des surfaces rafraîchissantes, des espaces verts stratégiquement conçus, des forêts urbaines et des technologies IoT .
Comment les villes peuvent-elles rester fraîches ?
Alors que les températures se réchauffent, les villes du monde entier cherchent à rafraîchir leur environnement. Les villes peuvent repenser les matériaux de construction, notamment en utilisant des surfaces plus légères qui n'absorbent pas la chaleur, en créant des espaces plus naturels et en adoptant des solutions de ville intelligente et des technologies vertes.
Refroidir les villes grâce à la technologie Cool Surface
Une surface urbaine typique réfléchit jusqu'à 20 % de la lumière du soleil, absorbant le reste et réchauffant la surface et les environs. Les matériaux dotés d'un revêtement plus réfléchissant peuvent refléter au moins 50 % de la lumière du soleil. Cela permet de réduire considérablement les températures. Grâce à la technologie de revêtement des surfaces froides, les bâtiments et les chaussées absorbent beaucoup moins de chaleur.
La Smart Services Coalition a rapporté qu'une analyse d'un projet de surfaces intelligentes à l'échelle de la ville de Baltimore pourrait refroidir la ville de 5 degrés Fahrenheit. Le succès de ce projet a incité d'autres villes américaines à participer à un programme triennal de lutte contre la chaleur urbaine. Atlanta, la Nouvelle-Orléans, Dallas, Boston et Columbia (Caroline du Sud) se sont inscrites au programme Cities for Smart Surfaces.
Des surfaces intelligentes pour lutter contre la chaleur urbaine
Les surfaces intelligentes qui réduisent la température de l'air dans les villes peuvent inclure la végétation naturelle et les matériaux réfléchissants. La plupart des villes qui luttent contre la chaleur urbaine utilisent une combinaison de ces approches.
- Toits froids - Des peintures et des revêtements hautement réfléchissants reflètent le soleil pour réduire la température des villes et les coûts énergétiques.
- Chaussées réfléchissantes - Un matériau à haute teneur en albédo réfléchit le soleil pour réduire les températures en ville
- Toits verts - La végétation plantée sur les toits permet de réduire les températures en ville tout en réduisant le ruissellement et la pollution de l'air.
- Arbres et jardins - Les forêts urbaines et les voies vertes réduisent la température de l'air tout en filtrant les polluants atmosphériques.
- Béton séquestrant le carbone - Ce béton spécial a une réflectivité accrue pour réduire les températures de l'air.
Espaces verts et plantation d'arbres
L'une des mesures les plus proactives que les villes peuvent prendre est de se mettre au vert, de toutes les manières possibles. Il s'agit notamment d'intégrer des espaces verts, des jardins, des pelouses et des arbres dans le plan d'urbanisme. Lorsque les citoyens peuvent se déplacer à pied, à vélo ou en scooter le long de corridors verts pour se rendre au travail et à d'autres destinations, cela réduit le nombre de véhicules qui créent des embouteillages. Tout aussi important, toute cette verdure a un effet rafraîchissant.
De nombreuses villes innovent aujourd'hui en matière de jardins urbains, y compris des jardins verticaux, des jardins sur les toits et des jardins communautaires qui aident les citadins à s'impliquer dans le soutien d'une ville plus verte.
Des surfaces plus intelligentes et des espaces plus verts dans le monde entier
Examinons quelques exemples d'initiatives de gestion de la chaleur urbaine mises en œuvre dans des villes du monde entier.
Los Angeles, Californie, États-Unis
Los Angeles est la ville la plus densément peuplée des États-Unis et connaît un problème de chaleur urbaine. Quarante pour cent de la ville est recouverte d'un revêtement qui absorbe la chaleur. Et si L.A. pouvait réduire les effets de l'îlot de chaleur urbain de 1,7 degré Fahrenheit d'ici à 2025 ? La ville a élaboré un plan pour s'attaquer aux toits et aux routes en les recouvrant de surfaces froides. Le projet de revêtement de surfaces froides a permis de recouvrir 20 000 toits. Résultat ? La ville a réduit les températures de surface de près de 10 degrés Fahrenheit.
Séville, Espagne
Les villes du monde entier considèrent la chaleur urbaine comme une menace majeure. Séville, l'une des villes les plus chaudes d'Europe, donne même un nom à ses vagues de chaleur. Pour réduire les températures, le maire de Séville a mis en place une "politique de l'ombre". Séville a planté 5 000 arbres et installé des auvents dans tout le pays. Outre la plantation d'arbres, la ville investit également dans des matériaux de construction à surface fraîche. En d'autres termes, Séville a recours à de multiples stratégies d'adaptation à la chaleur.
Rotterdam, Pays-Bas
À Rotterdam, aux Pays-Bas, les autorités municipales prévoient de recouvrir 10 millions de mètres carrés de toits de végétation pour lutter contre la chaleur urbaine. Les toits verts permettent également d'absorber l'excès d'eau de pluie, de réduire la pollution de l'air et d'accroître la biodiversité.
Medellín, Colombie
La deuxième ville de Colombie, Medellín, a créé des voies vertes urbaines le long de 18 routes et de 12 cours d'eau. Ces voies vertes relient les parcs à d'autres parties de la ville. Ce réseau urbain densément arboré a permis de réduire les températures de 5,5 degrés Fahrenheit.
Les arbres, les revêtements de surfaces froides et les toits verts offrent tous des propriétés uniques de réduction de la chaleur. Mais l'ajout de capteurs de chaleur sur le site IoT permet de soutenir des initiatives climatiques plus larges. Par exemple, les capteurs de chaleur permettent de suivre et de prévoir les températures sur des zones étendues et dans le temps. Associés à l'IA, les systèmes IoT peuvent prédire les épisodes de chaleur urbaine et envoyer des alertes aux citoyens. C'est l'une des raisons pour lesquelles nous ne pouvons pas penser à la chaleur urbaine sans IoT.
Londres, Angleterre
Londres figure parmi les villes les plus intelligentes du monde. Elle connaît également l'un des îlots de chaleur urbains les plus extrêmes au monde. Par exemple, le quartier de Kilburn et South Hampstead a connu des températures supérieures de 7 degrés Celsius à celles du quartier voisin de Regents Park. La raison ? Regent Park abritait beaucoup plus de végétation. Il n'est donc pas surprenant que le maire de Londres se soit associé à Arup dans le cadre d'un projet de rénovation de toits réfléchissants et de panneaux photovoltaïques. Mais en tant que ville intelligente, les solutions de surface intelligente doivent également inclure des systèmes de surveillance. Les systèmes IoT utilisent des capteurs de chaleur pour suivre et gérer à distance toutes sortes de technologies de réduction de la chaleur et de technologies renouvelables.
La ville de Londres adopte le site IoT de manière innovante pour compenser le changement climatique. Par exemple, dans le parc olympique Queen Elizabeth, une série d'innovations IoT s'appuient uniquement sur l'énergie propre. Le parc comprend des allées pavées génératrices d'énergie, des capteurs de microclimat, des capteurs de qualité de l'air, des poubelles à énergie solaire, des stations de recharge pour véhicules électriques et même un éclairage intelligent alimenté par des énergies renouvelables.
Utilisation de IoT pour trouver la chaleur urbaine
Les villes intelligentes du monde entier intègrent le site IoT dans leurs activités municipales afin de suivre l'évolution de la situation. Mais qu'en est-il de la chaleur urbaine ? Le projet City Scanner du MIT a déployé plusieurs types de capteurs environnementaux sur les camions à ordures, notamment des capteurs de chaleur. Lorsque les camions à ordures circulent dans les rues, les capteurs vérifient en permanence les changements de température et d'humidité dans la zone environnante. Une carte des données en temps quasi réel aide les opérateurs à repérer la chaleur d'origine humaine et les îlots de chaleur urbains dans la ville de Cambridge (Massachusetts).
Mesure des températures de surface
Il existe un certain nombre d'outils et de technologies permettant de surveiller les différentes températures dans les îlots de chaleur. Par exemple, un thermomètre infrarouge ou une caméra thermique mesure les températures de surface. Le thermomètre infrarouge utilise une lentille pour focaliser la lumière infrarouge de la surface sur un détecteur. Lorsque le rayonnement infrarouge atteint le détecteur, il est absorbé sous forme de chaleur. Le détecteur émet une tension proportionnelle qui est transmise sous forme de données de température. Ces types de capteurs de chaleur peuvent être combinés avec des capteurs de température qui détectent les niveaux de chaleur dans l'air, pour une vision plus précise des îlots de chaleur.
Qu'il s'agisse de capturer l'albédo d'un toit intelligent ou de prévoir un îlot de chaleur urbain, ce sont les réseaux IoT qui prennent en charge la collecte de données à la périphérie du réseau, ainsi que l'informatique de périphérie et le transfert efficace de données. Des réseaux sans fil robustes et sécurisés, conçus pour les environnements les plus difficiles, renforcent notre capacité à gérer la chaleur urbaine. Les réseaux intégrés IoT prennent tout en charge, des compteurs de chaleur aux drones capteurs de chaleur, en passant par les compteurs d'indice de chaleur portatifs et les capteurs intégrés dans la chaussée et les poteaux d'éclairage.
IoT permettent de collecter et de gérer en temps réel des données sur les zones contribuant à la chaleur urbaine. Les municipalités utilisent ensuite ces données ( IoT ) pour prendre de meilleures décisions concernant l'atténuation de la chaleur urbaine. La collecte de données environnementales hyperlocales permet aux habitants des zones concernées de recevoir des alertes à la chaleur et d'autres informations proactives.
Comment les technologies IoT et les technologies vertes soutiennent des villes plus fraîches
Le site IoT contribue largement aux initiatives visant à rafraîchir les villes. Cela va de l'éclairage urbain intelligent, qui consomme moins d'énergie et génère moins de chaleur que les anciennes technologies d'éclairage urbain, aux innovations en matière de gestion de l'énergie solaire, de l'eau et de l'énergie, en passant par les bâtiments intelligents, les compteurs intelligents et les systèmes de gestion des déchets améliorés ( IoT), qui optimisent les itinéraires et réduisent le temps de conduite des véhicules qui consomment des carburants.
Derrière toutes ces technologies vertes et ces technologies de ville intelligente se trouve la connectivité IoT - y compris les capteurs de chaleur et les dispositifs de communication sans fil tels que les passerelles de capteurs, les modules de communication intégrés et les routeurs cellulaires qui transmettent les données. En outre, l'informatique de pointe et les outils de surveillance et de gestion à distance permettent à ces dispositifs de fournir rapidement et efficacement des informations exploitables. La combinaison de toutes ces approches permettra de réduire considérablement les températures urbaines.
Travailler avec Digi
IoT sont au cœur des villes intelligentes du monde entier. Avec la propagation des îlots de chaleur urbains, les villes auront besoin de partenaires de confiance IoT pour suivre et gérer les initiatives de refroidissement. C'est ainsi que Digi peut aider.
Depuis plus de 35 ans, Digi conçoit et met en œuvre des solutions de connectivité IoT dans de nombreux secteurs. Nous créons des solutions évolutives de connectivité cellulaire à distance, des solutions de communication embarquées et des solutions de gestion d'infrastructure pour aider les villes intelligentes à lutter contre la chaleur urbaine. Travaillez avec Digi. Devenez la ville la plus intelligente et la plus fraîche du monde.
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