Augmenter la réflexion solaire au niveau du sol

Publié le 28 avril 2017, mise à jour le 10 juin 2017
par Michel et Marie-Andrée Gazeau

Article en cours de rédaction

Cette expérimentation s’appuie sur le principe de subsidiarité : faire tout ce que nous pouvons, à l’échelle de notre famille (foyer), pour lutter contre le réchauffement climatique.

Nous avons vu comment mettre en oeuvre des procédés de séquestration (piégeage ou d’emprisonnement) qui consistent à stocker à long terme le carbone du dioxyde de carbone CO2 hors de l’atmosphère par la production de biomasse.(Soil Organic Carbon)

Nous abordons ici une nouvelle expérimentation qui consiste à diminuer l’irradiation solaire, c’est-à-dire la quantité d’énergie reçue du soleil sur notre terrain. Sur la terrer, plus l’irradiation solaire est faible, plus la température moyenne annuelle diminue.
En pratique nous allons augmenter la réflexion solaire en plaçant des toiles réflectrices sur une partie du terrain (aire de stationnement, étendage à linge, allée nord,...). Déjà à notre échelle il sera intéressant d’observer les conséquence sur notre micro-climat.

Bien sûr, plus nous seront nombreux à "réfléchir" (au sens physique du terme...), plus cela aura une incidence sur le climat général.

Calculs

Europe
Irradiation France
Température moyenne annuelle France
Ces deux dernières cartes montrent qu’il existe bien une corrélation entre température moyenne annuelle et irradiation solaire.

Mesure de la corrélation entre température et irradiation solaire
Pour avoir un ordre de grandeur de la relation entre température moyenne annuelle et irradiation solaire d’un lieu (au niveau de la France), nous allons comparer plusieurs ville françaises.
Le coefficient de corrélation est le rapport : irradiation annuelle divisé par la température moyenne annuelle
Les valeurs prises en compte sont celles avec un albédo de 0.2 facteur d’absorption moyen de la terre.

Ville Irradiation solaire horizontale (kWh/m2) Température maxi Température moyenne Coefficient de corrélation Écart par rapport au coefficient moyen
Tarbes-Ossun 1180 6,7 16,5 11,6 101,7 96,0%
Bourges 1156 6,4 15,4 10,9 106,1 100,1%
Lille 1056 5,9 13,6 9,8 108,3 102,2%
Nice 1545 11,3 18,8 15,1 102,7 96,9%
Lyon 1256 6,8 15,8 11,3 111,2 104,9%
Troyes 1066 5,1 15.0 10,1 106,1 100,1%
Melun 1109 6.0 15.0 10,5 105,6 99,7%

Le coefficient de corrélation moyen pour toutes ces villes est de 104.3
Ce coefficient varie peu d’une ville à l’autre, l’écart maximum entre le coefficient moyen est de 4.9%. (Lyon)

Calcul de la baisse de température sur notre terrain

Lieu Lourdes
Température moyenne annuelle (°C) 11,6
Irradiation du lieu (kWh/m².an) 1180
Baisse de température souhaitée (°C) 2
Surface du terrain (m²) 550
Coefficient d’albedo du réflecteur 0,95

Calcul de la surface réfléchissante

Coefficient de corrélation irradiation /température 104.3
Baisse de l’irradiation nécessaire (kWh/m².an) 209
Nouvelle irradiation (kWh/m².an) 971
Surface réfléchissante nécessaire (m²) 102
% du terrain en surface réfléchissante (%) 19%

Pour obtenir une baisse de 2°C, Il faudrait installer 100 m2 de réflecteurs, soit près de 20% de la surface de notre terrain.

Remarque
Pour les calculs nous avons pris les températures moyennes annuelles dans le livre de Jacques KESSLER pour la période 1950-1980. Pour Lourdes elle était de 11.6°C . Sur internet Météo France, pour la période 1991-2010, donne 12.6°C, soit une élévation de 1°C. Pour Bourges on passe de 10.6 à 11.7, soit une élévation de 1.1°C.
Comme cette augmentation de la température est à peu près la même pour toutes ces villes, cela ne change pratiquement pas le coefficient de corrélation entre irradiation et température.

Source :
Données pour les températures : "Météo de la France" - Jacques KESSLER - Edition Claude Lattès -1990
Carte des irradiations : Archive ouverte pluridisciplinaire HAL
Valeurs des irradiations solaires locales :Capsol

Dispositifs de réflexion

Maintenant que nous avons vu que notre hypothèse était plausible, il nous faut imaginer quel dispositif utiliser.
La première difficulté consiste à trouver le bon matériau pour la toile réflective.
Le pouvoir réfléchissant du sol est caractérisé par l’albédo. Celui-ci varie de 0 (pas de réflexion), à 1(la totalité du rayonnement est réfléchi.
Voici quelques exemples de valeurs pour l’albédo :
Types de sols

Sol de neige fraîche 0.80 - 0.9
Terre cultivée nue 0.08 -0.25
Prairie, herbages verts 0.12 - 0.25
Terre sableuse nue 0.15 - 0.25
Sable clair 0.25 - 0.45
Arbres verts caduques (été) 0.10 - 0.20
Arbres verts persistants (été) 0.05 - 015
Herbe et végétation sèche 0.28 - 0.33

Types de matériaux

Aluminium poli 0.97
Aluminium oxydé 0.85
Peinture blanche 0.90
Gravillons blancs 0.75
Plâtre blanc 0.90
Chaux blanche 0.75
Asphalte 0.18
Verre à vitre 0.10

Pour commencer un premier essai nous allons fabriquer des toiles avec le film réflecteur externe du film multi-réflecteur que nous utilisons pour isoler les combles. Nous en mettons une double épaisseur en laissant un espace de 20mm entre les deux. Ce film est composé de 24 couches, alternant réflecteurs et intercalaires.
La couche extérieure est constituée d’un film réflecteur armé qui semble très résistant.
Nous pourrons récupérer les 22 couches restantes pour notre isolation en dessous de la toiture.

Film

Avantages Inconvénients
Léger (130g/m2) peut se déchirer avec de forts coups de vent
Facile à poser sur un maillage de câbles en acier -
Imperméable à la pluie concentre le ruissellement des pluies sur le bord inférieur des toiles
Sa surface aluminium réfléchit bien le rayonnement solaire tenue dans le temps inconnue (ce film n’est pas conçu pour être exposé à la pluie)
En été, diminue la température au sol en hiver, diminue la température au sol
Faible coût (film seul 1.73€/m2) durée de vie inconnue
- en cas de forte chute de neige ? en cas de forte grêle ?

Mode de pose
Pour éviter des effets éblouissement dans le voisinage, la toile doit être posée avec une pente minimum de 5°, orientée plein sud.

Pour éviter d’être arrachée par des vents violents, la toile ne doit pas avoir une pente de plus de 15°. Plus la toile est horizontale moins elle a de prise au vent, donc moins elle risque d’être arrachée.

Première expérimentation

Film réflecteur au sol, au jardin sous les pieds de tomates.

Le film est placé au pied des tomates. La plus grande partie de la réflexion est renvoyée vers le ciel. Une petite partie est reflétée vers le feuillage des tomates, augmentant ainsi la photosynthèse.
Remarque : le film se salit, mais est lavé par les pluie ou l’arrosage.

Etude économique

Coût

Matériaux Quantité Unité Prix unitaire Montant
Toile 1 m2 1.70€ 1.70€
Câbles acier 2mm 4.5 m 0.50€ 2.25€
Ganse bordure de toile 4,1 m 0,20€ 0,82€
Connecteurs toile/câble 1,2 u. 1,00 € 1,20€
Poteaux bois 70x70mm – 2,40m 0,3 u. 5,70€ 1.71€

Total 7.68€ /m2

A notre échelle, en autoconstruction, le coût des toiles réflectrices est d’environ 10€/m2, pose comprise.
Dans notre projet la surface totale serait de 100m2, soit environ 1000€.
Durée d’amortissement
Si les toiles doivent être remplacées tous les 5 ans, et le système de support tous le 25 ans, le coût annuel serait d’environ 1€/m2 (en autoconstruction). Dans notre cas 100€/an.
Par rapport à notre revenu annuel cela représente moins de 1% .

Bénéfices
Il est difficile de chiffrer les bénéfice de la lutte contre le réchauffement climatique. Dans un rapport publié le 5 décembre 2014, le Programme des Nations unies pour l’environnement (PNUE) estime que ces coûts « pourraient atteindre 150 milliards de dollars par an en 2025-2030 et 250 à 500 milliards en 2050 ». Des montants largement supérieurs à la précédente estimation qui s’élevait de 70 à 100 milliards de dollars. Ils pourraient être encore plus élevés si l’objectif de limiter la hausse de la température globale à 2 °C par rapport à l’ère pré-industrielle – base des calculs du PNUE – n’était pas respectée.
Le coût pourrait monter de 5 à 20% du PIB /an.
A l’échelle globale pour la France, avec 2 181,1 milliard € de PIB (en 2015), pour une population de 27 830 000 foyers et un coût de "seulement" 5% /an, cela représenterait un coût minimum de 3920€ /an et par foyer.

Par rapport à la surface de la France, 551 695 km2, à chaque foyer correspond une surface de 19 824 m2. Si on conserve les mêmes 18% de surface réfléchies, cela correspond à une surface réfléchissante de 3598 m2, soit un coût annuel de 3598€ par foyer. Ce qui représente 4.6% du PIB.

Il faudrait aussi tenir compte du fait que ce système diminuerait les impacts dûs aux besoins croissants de climatisation.

L’hypothèse d’installation de surfaces réfléchissantes semble réaliste.

Autres dispositifs
Pour le bien commun, il serait possible d’imposer des toitures réfléchissantes pour tous les nouveaux bâtiments. On pourrait alors utiliser des bacs en tôle d’acier inoxydable à très longue durée de vie et recycables.

Dans notre cas, si notre maison disposait d’une toiture réfléchissante à la place des ardoises, la surface totale réflectrice serait de 90m2 à elle seule (hors panneaux photovoltaïques).

A l’échelle de la collectivité, voici les surfaces qui pourraient être couvertes avec des dispositifs de réflexion (en totalité ou partiellement) :
- bâtiments (habitation, commerce, industrie, hangars,..)
- parkings de surface
- rues, cours, routes, autoroutes
- friches industrielles, anciennes carrières
- certaines surfaces agricoles pour des cultures qui aiment ou supportent les conditions ombragées.
- certaines zones désertiques ou landes inutilisées...
Dans les villes, ces dispositifs devraient être couplés à un réduction drastique des émissions de CO2 pour ne pas créer un effet de « couvercle ».

L’expérimentation sur certaines cultures permettrait de voir si ce dispositif ne constitue pas aussi une protection contre les gelées tardives et la grêle, qui deviennent de plus en plus redoutables avec le réchauffement du climat.

Coût écologique

La fabrication de toiles, des câbles et des poteaux en bois a un coût écologique (énergie grise) qui contribue au réchauffement climatique :
- énergie et ressources pour leur fabrication, leur installation et leur démontage en fin de vie
- énergie pour leur recyclage en fin de vie.

La température des villes les plus peuplées pourrait croître de 8 °C d’ici à 2100

Récemment, une étude publiée lundi 29 mai 2017 par la revue britannique « Nature Climate Change » vient confirmer notre approche. Elle indique que d’ici à 2100, les 5 % de villes les plus peuplées pourraient voir des hausses de températures de 8 °C et plus.
Parmi les remèdes possibles : intervenir sur le choix des matériaux de construction, en favorisant ceux captant moins le rayonnement lumineux.
Source : Le Monde du 31/05/2017


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