Des chercheurs améliorent le refroidissement par rayonnement pour que les températures extérieures soient plus fraîches

Christine Wei-li Lee | Matthew Chin

L’approche utilise des surfaces et des panneaux hydroniques peu coûteux, modulables, transparents et réfléchissant les rayons infrarouges.

Une équipe d’ingénieurs et de chercheurs de l’UCLA a mis au point une nouvelle technique pour donner l’impression qu’il fait jusqu’à 10 degrés Fahrenheit de moins à l’extérieur, tout en préservant un sentiment de sécurité et d’espace ouvert.

Récemment présenté comme l’article de couverture de juin dans Nature Durabilité, l’étude menée par l’UCLA a démontré une nouvelle façon d’exploiter le refroidissement par rayonnement. Au lieu de s’appuyer sur des espaces sombres et sans fenêtres, comme un tunnel, pour créer un refroidissement par rayonnement qui pose des problèmes de sécurité pour les espaces publics extérieurs, la nouvelle approche combine des panneaux d’aluminium refroidis à l’eau et un film polymère mince, transparent et réfléchissant les infrarouges, qui permet à la fois un refroidissement efficace et une bonne visibilité – une priorité absolue, en particulier pour les habitants des communautés urbaines.

Avec l’accélération du changement climatique, les épisodes de chaleur extrême se produisent avec une intensité et une fréquence accrues, menaçant la sécurité des personnes qui passent beaucoup de temps à l’extérieur. Le refroidissement actif par rayonnement, qui utilise les surfaces environnantes telles que les toits ou les sols froids pour absorber la chaleur d’un espace, est apparu récemment comme une stratégie prometteuse pour le confort thermique extérieur, car il permet de refroidir à distance sans l’inefficacité du conditionnement de l’air non confiné. Toutefois, pour que les structures de refroidissement par rayonnement soient efficaces, l’écrasante majorité de leurs surfaces internes doit être activement refroidie, généralement à l’aide de panneaux opaques, ce qui pose des problèmes pratiques et de sécurité. L’équipe de l’UCLA a trouvé un moyen de résoudre ces problèmes.

La recherche a été financée par la National Science Foundation et le projet Heat Resilient LA du UCLA Sustainable LA Grand Challenge.

« Cette conception peu coûteuse et évolutive constitue une étape pratique au-delà de l’ombre pour aider les personnes qui doivent rester à l’extérieur pendant les journées chaudes, en particulier pendant les périodes de chaleur extrême », a déclaré le co-auteur de l’étude, Aaswath Raman, professeur agrégé de science et d’ingénierie des matériaux à la Samueli School of Engineering de l’UCLA, spécialisé dans le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour aider à abaisser les températures. « Ce niveau supplémentaire de refroidissement peut apporter un certain soulagement dans les lieux extérieurs où la climatisation traditionnelle n’est tout simplement pas possible, comme les stations de métro, les parcs et les places.« 

Dans le cadre d’études sur le terrain, les chercheurs ont mené des expériences sur le campus de l’UCLA et au San Fernando Swap Meet, les jours où les températures atteignaient le milieu des années 80 à chaque endroit. L’équipe a construit une « tente » de près de 3 mètres sur 3 mètres, composée de parois semi-transparentes réfléchissant les infrarouges et constituées d’un film polymère fin à moitié métallisé, d’un toit construit à partir de feuilles de refroidissement radiatif et de trois panneaux de refroidissement radiatif hydronique constitués de feuilles d’aluminium derrière lesquelles circule de l’eau froide afin de maintenir les panneaux activement refroidis. Pour améliorer l’efficacité du refroidissement, l’équipe a également peint en noir la face des panneaux orientée vers l’intérieur afin d’absorber la chaleur accidentelle, telle que la chaleur corporelle des personnes se trouvant à l’intérieur de la structure. Les murs semi-transparents permettent aux occupants de voir l’extérieur sans obstruction visuelle.

Les chercheurs ont découvert que leur structure avait une température radiante moyenne d’environ 78 degrés Fahrenheit. Celle-ci était non seulement inférieure à la température ambiante d’environ 84 degrés, mais également inférieure de plus de 10 degrés à la température radiante moyenne d’environ 90 degrés qu’une personne aurait autrement ressentie en raison de la chaleur rayonnée par les surfaces environnantes. L’équipe a également interrogé les participants qui se trouvaient dans la structure rafraîchissante, la plupart d’entre eux déclarant se sentir plus au frais et plus à l’aise que s’ils étaient simplement à l’ombre.

La « température rayonnante » fait référence à un phénomène couramment observé : lorsque la température perçue par une personne diffère de la température réelle de l’air. Par exemple, lorsqu’une personne marche d’un parking asphalté vers une zone herbeuse, puis vers un espace sous un arbre, la température de l’air reste la même, mais elle ressent une fraîcheur plus importante car l’herbe et l’ombre la protègent de la chaleur rayonnée par les surfaces environnantes, telles que l’asphalte. Cet effet a inspiré la nouvelle approche des chercheurs pour lutter contre la chaleur.

« Les villes doivent considérer l’ombre comme une infrastructure », a déclaré V. Kelly Turner, co-auteur de l’étude, professeur associé d’urbanisme et de géographie à l’UCLA et directeur associé du Luskin Center for Innovation, qui étudie l’équité thermique. « Cette conception accessible peut aider à pallier le manque d’ombre pour que les gens puissent se sentir à l’aise à l’extérieur pendant les journées chaudes. »

Article : « Efficient outdoor thermal comfort via radiant cooling and infrared-reflective walls » – DOI : 10.1038/s41893-025-01558-0