Ilots de chaleur
atténuation et contribution verte

La contribution verte à la température

La réponse à cette question nécessite de l'aborder à partir d'une approche de bilan énergétique de surface, dans laquelle nous considérons comment l'énergie solaire entrante est divisée en différents composants dans le système composé de pelouse naturelle ou de tapis synthétique. Autrement dit, il faut comparer la capacité de refroidissement – appelée évapotranspiration dans le cas du gazon – avec celle d'une surface synthétique qui, au contraire, dissipe encore plus l'énergie solaire sous forme de chaleur sensible.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des étapes permettant d'obtenir une estimation simplifiée :

1. **Bilan énergétique de surface :**  
   L'équation de base est :
   \[
   R_n = H + LE + G
   \]
   où :  
   - \(R_n\) est le rayonnement net absorbé (c'est-à-dire l'énergie solaire entrante moins celle réfléchie),  
   - \(H\) est le flux de chaleur sensible (la partie de l'énergie qui augmente la température de l'air près de la surface),  
   - \(LE\) est le flux de chaleur latente (l'énergie utilisée pour évaporer l'eau, ce qui entraîne un refroidissement),  
   - \(G\) est le flux conducteur vers le sol.  

   La pelouse cultivée de manière intensive, étant capable d'évapotranspiration, utilise une partie substantielle de \(R_n\) pour le processus \(LE\), tandis que le gazon synthétique, qui n'évapore pas l'eau de manière significative, canalise la quasi-totalité de \(R_n\) dans le flux sensible \(H\).  

2. **Calcul du rayonnement net (\(R_n\)) :**  
   Par une journée ensoleillée à 30°C, l'irradiation solaire \(I\) peut être estimée à environ 800-1000 W/m². L'énergie réellement absorbée dépendra de l'albédo \(\alpha\) de la surface :  
   \[
   R_n = (1 - \alpha) \cdot I
   \]
   En général, la pelouse (souvent avec \(\alpha\) autour de 0,2 à 0,25) absorbe une plus grande fraction que les surfaces qui ont plutôt des matériaux « refroidissants » ou réfléchissants.  

3. **Contribution à l'évapotranspiration (\(LE\)) :**  
   Pour une pelouse, le refroidissement dû à l'évaporation de l'eau est calculé comme :
   \[
   LE = \lambda \cdot E
   \]
   où :  
   - \(\lambda\) est la chaleur latente de vaporisation (environ 2,45 × 10ⶠJ/kg à des températures autour de 30°C),  
   - \(E\) est le taux d'évapotranspiration (en kg/m²·s).  

   En résumé, plus l'évapotranspiration est importante, plus le débit \(LE\) est important, ce qui soustrait l'énergie du système, abaissant ainsi la température de surface.  

4. **Relation entre le débit sensible et la différence de température :**  
   Le flux de chaleur sensible \(H\) peut être exprimé comme :
   \[
   H = \rho_a\, c_p\, \frac{(T_{\text{surface}} - T_{\text{air}})}{r_a}
   \]
   où :  
   - \(\rho_a\) est la densité de l'air (environ 1,2 kg/m³),  
   - \(c_p\) est la chaleur spécifique de l'air (environ 1005 J/kg·K),  
   - \(r_a\) est la traînée aérodynamique (en s/m),  
   - \(T_{\text{surface}}\) et \(T_{\text{air}}\) sont respectivement les températures de surface et de l'air.  

   Dans un gazon synthétique, presque toute l'énergie \(R_n\) ira dans \(H\) (puisque \(LE\) est négligeable), ce qui entraîne des températures de surface nettement plus élevées que dans le gazon naturel.  

5. **Estimation simplifiée de la réduction de température :**  
   Si nous voulions isoler l'effet de refroidissement dû à l'évapotranspiration de la pelouse, nous pouvons approximer la réduction de température (\(\Delta T\)) due à \(LE\) comme :
   \[
   \Delta T \approx \frac{LE \cdot r_a}{\rho_a \, c_p}
   \]
   Par exemple, si dans une situation précise la pelouse génère un flux latent \(LE\) égal à environ 200 W/m² et en supposant une résistance aérodynamique \(r_a\) d'environ 50 s/m, on a :
   \[
   \Delta T \approx \frac{200\, \mathrm{W/m^2} \times 50\, \mathrm{s/m}}{1.2\, \mathrm{kg/m^3} \times 1005\, \mathrm{J/(kg\cdot K)}} \approx 8.3\, \mathrm{°C}
   \]
   Cette estimation indique comment, dans des conditions idéales et simplifiées, la pelouse pourrait être jusqu'à environ 8 °C plus fraîche qu'une surface synthétique dans laquelle cet effet n'est pas présent.  

Il est important de souligner que ce calcul est très simplifié : en réalité, le bilan énergétique dépend également d'autres facteurs tels que les caractéristiques spécifiques du sol, le régime horaire de rayonnement, le taux effectif d'évapotranspiration qui dépend à son tour de la disponibilité en eau, de l'état phénologique de la plante, ainsi que des microclimats locaux. De plus, le tapis synthétique peut avoir ses propres propriétés réfléchissantes ou isolantes particulières qui affectent sa température de surface.

Ainsi, pour calculer la « contribution » à la réduction de température d'une pelouse naturelle par rapport à un tapis synthétique, on part de la mesure (ou estimation) de :
- Le rayonnement solaire incident et sa conversion en rayonnement net (en tenant compte de l'albédo),
- La capacité de la pelouse à évaporer l'eau (mesurée en termes de \(E\) ou déduite expérimentalement),
- Les propriétés de l'air ambiant (densité, chaleur spécifique, résistance aérodynamique).  

Enfin, nous appliquons l'équation qui relie le flux latent à la différence de température qui aurait autrement été enregistrée si toute l'énergie s'était retrouvée sous forme de chaleur sensible.

Cette analyse énergétique fait partie intégrante des investigations sur l'atténuation des îlots de chaleur en zone urbaine, précisément parce que les surfaces végétales, grâce à l'évapotranspiration, jouent un rôle fondamental dans le refroidissement de l'air par rapport aux surfaces artificielles. Si vous souhaitez approfondir le sujet, nous pourrions examiner en détail comment les paramètres varient en fonction des différentes conditions atmosphériques ou comment sont menées les études expérimentales dans ce domaine.