Béatrice Garnier
Il y a un “risque silencieux” qui se cache sous nos grandes villes mondiales, et nos bâtiments n’ont pas été conçus pour y faire face.
Une nouvelle étude de la Northwestern College a, pour la première fois, établi un lien entre le changement climatique souterrain et le sol mouvant sous les zones urbaines. Lorsque le sol se réchauffe, il se déforme également. Ce phénomène provoque des mouvements excessifs des fondations des bâtiments et du sol environnant (en raison des dilatations et des contractions) et même des fissures, ce qui affecte finalement les performances opérationnelles et la durabilité à prolonged terme des constructions. Les chercheurs signalent également que des dommages antérieurs aux bâtiments peuvent avoir été causés par une telle hausse des températures et s’attendent à ce que ces problèmes perdurent pendant des années.
Bien que la hausse des températures constitue une menace pour nos infrastructures, les chercheurs y voient également une opportunité potentielle. En capturant la chaleur résiduelle émise sous terre par les systèmes de transport souterrains, les parkings et les installations de sous-sol, les urbanistes pourraient atténuer les effets du changement climatique souterrain et réutiliser la chaleur dans une ressource d’énergie thermique inexploitée.
L’étude sera publiée le 11 juillet dans Communications Engineering, une revue Character Portfolio. Il s’agit de la première étude à quantifier les déformations du sol causées par les îlots de chaleur souterrains et leur effet sur les infrastructures civiles.
“Le changement climatique souterrain est un risk silencieux”, a déclaré Alessandro Rotta Loria de Northwestern, qui a dirigé l’étude. “Le sol se déforme sous l’effet des variations de température, et aucune framework ou infrastructure civile existante n’est conçue pour résister à ces variations. Bien que ce phénomène ne soit pas nécessairement dangereux pour la sécurité des personnes, il affectera les opérations quotidiennes normales de la fondation. systèmes et infrastructures civiles en général.
“L’argile de Chicago peut se contracter lorsqu’elle est chauffée, comme beaucoup d’autres sols à grains fins. En raison de l’augmentation de la température sous terre, de nombreuses fondations du centre-ville subissent un tassement indésirable, lentement mais continuellement. En d’autres termes, vous n’avez pas besoin de vivre à Venise pour vivre dans une ville qui s’effondre – même si les will cause de tels phénomènes sont complètement différentes.”
Rotta Loria est professeure adjointe de génie civil et environnemental à la McCormick College of Engineering de Northwestern.
Qu’est-ce que le changement climatique souterrain ?
Dans de nombreuses zones urbaines du monde, la chaleur se diffuse en permanence depuis les bâtiments et les transports souterrains, provoquant un réchauffement du sol à un rythme alarmant. Des chercheurs antérieurs ont découvert que le sous-sol peu profond sous les villes se réchauffe de, 1 à 2,5 degrés Celsius par décennie.
Connu sous le nom de « changement climatique souterrain » ou « îlots de chaleur souterrains », ce phénomène est connu pour causer des problèmes écologiques (tels que des eaux souterraines contaminées) et des problèmes de santé (y compris l’asthme et les coups de chaleur). Mais, jusqu’à présent, l’effet du changement climatique souterrain sur les infrastructures civiles est resté non étudié et peu compris.
“Si vous pensez aux sous-sols, aux parkings, aux tunnels et aux trains, toutes ces installations émettent continuellement de la chaleur”, a déclaré Rotta Loria. “En général, les villes sont additionally chaudes que les zones rurales parce que les matériaux de design piègent périodiquement la chaleur dérivée de l’activité humaine et du rayonnement solaire, puis la libèrent dans l’atmosphère. Ce processus est étudié depuis des décennies. Maintenant, nous examinons son homologue souterrain, qui est principalement motivée par l’activité anthropique.”
Chicago comme laboratoire vivant
Au cours des dernières années, Rotta Loria et son équipe ont installé un réseau sans fil de in addition de 150 capteurs de température à travers la boucle de Chicago, à la fois au-dessus et au-dessous du sol. Cela comprenait le placement de capteurs dans les sous-sols des bâtiments, les tunnels de métro, les parkings souterrains et les rues souterraines comme Decrease Wacker Push. À titre de comparaison, l’équipe a également enterré des capteurs à Grant Park, un espace vert situé le extended du lac Michigan, à l’écart des bâtiments et des systèmes de transport souterrains.
Les données du réseau de détection sans fil ont indiqué que les températures souterraines sous la boucle sont souvent 10 degrés moreover chaudes que les températures sous Grant Park. Les températures de l’air dans les structures souterraines peuvent être jusqu’à 25 degrés additionally élevées par rapport à la température du sol non perturbé. Lorsque la chaleur se diffuse vers le sol, elle exerce une pression importante sur les matériaux qui se dilatent et se contractent avec les changements de température.
“Nous avons utilisé Chicago comme un laboratoire vivant, mais le changement climatique souterrain est commun à presque toutes les zones urbaines denses du monde”, a déclaré Rotta Loria. “Et toutes les zones urbaines souffrant du changement climatique souterrain sont susceptibles d’avoir des problèmes d’infrastructure.”
Couler lentement
Après avoir collecté des données de température pendant trois ans, Rotta Loria a construit un modèle informatique 3D pour simuler l’évolution des températures au sol de 1951 (l’année où Chicago a achevé ses tunnels de métro) jusqu’à aujourd’hui. Il a trouvé des valeurs cohérentes avec celles mesurées sur le terrain et a utilisé la simulation pour prédire l’évolution des températures jusqu’en 2051.
Rotta Loria a également modélisé la façon dont le sol se déforme en réponse à l’augmentation des températures. Alors que certains matériaux (argile molle et rigide) se contractent lorsqu’ils sont chauffés, d’autres matériaux (argile dure, sable et calcaire) se dilatent.
Selon les simulations, des températures furthermore chaudes peuvent faire gonfler et se dilater le sol jusqu’à 12 millimètres. Ils peuvent également provoquer une contraction et un affaissement du sol – sous le poids d’un bâtiment – jusqu’à 8 millimètres. Bien que cela semble subtil et imperceptible pour les humains, la variation est supérieure à ce que de nombreux composants de design et systèmes de fondation peuvent gérer sans compromettre leurs exigences opérationnelles.
“Sur la foundation de nos simulations informatiques, nous avons montré que les déformations du sol peuvent être si graves qu’elles entraînent des problèmes de efficiency des infrastructures civiles”, a déclaré Rotta Loria. “Ce n’est pas comme si un bâtiment allait s’effondrer soudainement. Les choses s’enfoncent très lentement. Les conséquences sur l’état de fonctionnement des structures et des infrastructures peuvent être très mauvaises, mais il faut beaucoup de temps pour les voir. Il est très possible que le changement climatique souterrain ait déjà provoqué des fissures et des tassements excessifs de fondations que nous n’avons pas associés à ce phénomène parce que nous n’en étions pas conscients.”
Récupérer la chaleur
Parce que les urbanistes et les architectes ont conçu la plupart des bâtiments modernes avant l’émergence du changement climatique souterrain, ils n’ont pas conçu de structures capables de tolérer les versions de température que nous connaissons aujourd’hui. Pourtant, les bâtiments modernes s’en tireront mieux que les constructions des périodes antérieures, comme le Moyen Âge.
“Aux États-Unis, les bâtiments sont tous relativement nouveaux”, a déclaré Rotta Loria. “Les villes européennes avec des bâtiments très anciens seront as well as sensibles au changement climatique souterrain. Les bâtiments en pierre et en brique qui recourent à des pratiques de conception et de development passées sont généralement dans un équilibre très délicat avec les perturbations associées au fonctionnement actuel des villes. La les perturbations liées aux îlots de chaleur souterrains peuvent avoir des impacts néfastes pour de telles constructions.”
À l’avenir, Rotta Loria a déclaré que les futures stratégies de planification devraient intégrer les technologies géothermiques pour récupérer la chaleur résiduelle et la fournir aux bâtiments pour le chauffage des locaux. Les planificateurs peuvent également installer une isolation thermique sur les bâtiments neufs et existants afin de minimiser la quantité de chaleur qui pénètre dans le sol.
“L’approche la furthermore efficace et la plus rationnelle consiste à isoler les structures souterraines de manière à minimiser la quantité de chaleur perdue”, a déclaré Rotta Loria. “Si cela ne peut pas être fait, alors les systems géothermiques offrent la possibilité d’absorber et de réutiliser efficacement la chaleur dans les bâtiments. Ce que nous ne voulons pas, c’est utiliser des systems pour refroidir activement les constructions souterraines vehicle cela consomme de l’énergie. Actuellement, il existe une myriade de options. qui peut être mis en œuvre.”
L’étude, “L’impact silencieux du changement climatique souterrain sur les infrastructures civiles”, a été soutenue par la Nationwide Science Foundation (numéro de subvention 2046586). Le réseau de détection sans fil à la foundation de ce travail, qui sert également de laboratoire vivant pour un cours enseigné par Rotta Loria, a été partiellement soutenu par la Murphy Modern society et les anciennes élèves de la Northwestern College.
Vidéo : https://youtu.be/_8IaNoTDxgM
