Mise au point d'une solution innovante de revêtements drainants et à effet rafraîchissant

Development of an innovative permeable and cool pavement solution

• Auteur / Autrice : Khaled Seifeddine
• Direction : Sofiane Amziane, Evelyne Toussaint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil - Matériaux
• Date : Soutenance le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elhem Ghorbel, Antonin Fabbri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Petit, Frédéric Bernardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements en béton

Mots clés libres

Ilots de chaleur urbains

Béton drainant

Porosité

Perméabilité

Taux d’évaporation

Effet rafraichissant

Urban heat islands

Pervious concrete

Porosity

Permeability

Evaporation rate

Cooling effect

Résumé

Les chaussées imperméables conventionnelles ont remplacé les sols naturels en raison de la croissance rapide de l'urbanisation, ce qui entraîne des irrégularités dans l'écosystème naturel et l'évaporation de l'eau et rend la gestion des eaux pluviales compliquée. De plus, ces chaussées ont généralement une surface sombre et une grande inertie thermique. Pendant l'été, elles ont tendance à absorber et à stocker le rayonnement solaire et empêchent le refroidissement par évaporation. Ces chaussées engendrent divers problèmes, notamment les îlots de chaleur urbains et les inondations. Le béton drainant (BD) est un type particulier de béton dont la structure des pores est fortement interconnectée. La structure poreuse et l'interconnexion des pores permettent un drainage efficace de l'eau à travers sa matrice et peuvent offrir des solutions de drainage durables. Le remplacement des chaussées conventionnelles par des chaussées en BD présente donc un grand potentiel pour la modernisation et la durabilité environnementale, et contribuent simultanément à limiter les inondations urbaines et à atténuer les ilots de chaleur urbains via le refroidissement par évaporation. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le comportement thermique du BD, de mesurer et de quantifier son pouvoir rafraichissant afin de réduire les effets d’ilots de chaleurs urbains. La thèse est constituée de deux parties dont la première est composée de 3 articles de revue qui visent à examiner de manière synthétique les avancées récentes de la recherche concernant les propriétés mécaniques, hydrauliques du BD ainsi que les propriétés thermiques des chaussées rafraichissantes. Des modèles ont été établis afin de prédire avec précision les propriétés fondamentales du BD telles que la densité, la perméabilité et la résistance mécanique. La deuxième partie est composée également de 3 articles qui visent à comprendre les facteurs qui influent sur le taux d’évaporation des revêtements perméables et d’étudier le comportement thermique du BD en condition sèche et humide via une étude analytique et expérimentale. Un dispositif expérimental innovant a été conçu et mis en place au laboratoire. Ce dispositif est équipé de plusieurs appareils permettant d’étudier le comportement thermique des revêtements perméables en condition sèche et humide dans des conditions climatiques contrôlées en laboratoire.

Conventional impervious pavements have replaced natural soils due to the rapid growth of urbanization, which causes irregularities in the natural ecosystem and water evaporation and makes stormwater management complicated. In addition, these pavements usually have a dark surface and high thermal inertia. During the summer, they tend to absorb and store solar radiation and cancel out cooling by evaporation. These pavements cause a variety of urban problems, including urban heat islands and urban flooding. Pervious concrete (PC) is a special type of concrete with a highly interconnected pore structure. The porous structure and interconnectedness of the pores allow for efficient drainage of water through its matrix and can provide sustainable drainage solutions. The replacement of conventional pavements with PC pavements therefore has great potential for modernization and environmental sustainability, and simultaneously contributes to mitigating urban flooding and urban heat islands via evaporative cooling. The main objective of this thesis is to study the thermal behavior of PC and to measure and quantify its cooling performance in order to reduce urban heat island effects. The thesis is separated in two parts, the first one is composed of 3 review papers which aim to examine in a synthetic way the recent research advances concerning the mechanical, hydraulic and thermal properties of cool pavements. Models have been established to accurately predict the fundamental properties of PC such as density, permeability and mechanical strength. The second part is also composed of 3 papers that aim to understand the factors that influence the evaporation rate of permeable pavements and to study the thermal behavior of PC in dry and wet conditions via an analytical and experimental study. An innovative experimental bench has been designed and set up at Polytech Clermont-Ferrand. This bench is equipped with several devices allowing to study the thermal behavior of permeable pavements in dry and wet conditions under controlled climatic conditions in laboratory.