Offre de thèse : Contrôle de la variation de porosité des chaussées en béton sous l’influence du débit d’eau évaporatif

Quand on parle de milieux urbains, on sous-entend le développement de l’habitat et des infrastructures et donc une augmentation de l’imperméabilisation des sols. Cela concerne entre autres une modification du rythme de la biodiversité (filtration des eaux souterraines), les risques d’inondation ou de sécheresse associés. La ville, tout en se rénovant pour réduire les impacts négatifs sur sa biodiversité, doit pouvoir continuer à développer l’habitat. Il doit également s’adapter aux changements environnementaux.

Les développements urbains sont responsables de la formation d’« îlots de chaleur urbains » (ICU). Le caractère confiné du milieu urbain dense (canyons urbains) peut être préjudiciable en été. En effet, le piégeage radiatif (réflexions multiples et absorption solaire) et le confinement aéraulique des canyons urbains (zones de recirculation) peuvent provoquer localement des UHI. Le réchauffement climatique accentuera les canyons urbains lorsque la différence de température entre les zones de la ville deviendra très importante. La végétalisation de l’enveloppe des bâtiments contribue au refroidissement direct de cet environnement immédiat. Il a déjà été démontré que planter des arbres le long des rues peut réduire l’ombrage apporté et modifier l’albédo du sol et donc les phénomènes UHI. Cependant, leur alignement limite la ventilation des rues et des études récentes ont montré que la photosynthèse des arbres couplée à la pollution atmosphérique génère une mauvaise qualité de l’air ambiant. La solution de refroidissement des rues en façade des bâtiments reste la solution la plus pertinente.

On parle d’évapotranspiration la combinaison des actions d’évaporation de l’eau du sol avec la transpiration des plantes. Le projet vise à reproduire cette combinaison avec le couple sol-route. Pour cela, le projet doctoral propose d’évaluer l’évaporation de l’eau circulant sous les trottoirs qui doit permettre ce refroidissement. Or, les périodes de fortes chaleurs s’accompagnent souvent de sécheresse et le manque d’eau de pluie ne permet donc pas d’alimenter le circuit d’eau espéré pour le refroidissement. Une solution de ressource en eau continue sera dans un premier temps proposée dans le projet tout en respectant le cycle de l’eau. La maîtrise du stockage de l’eau et du flux évaporatif nécessite une très bonne compréhension des phénomènes en milieux poreux. L’évaporation dans un milieu poreux est un phénomène complexe où la diffusion de vapeur d’eau, l’écoulement d’eau liquide et le changement de phase se produisent simultanément. Le taux d’évaporation dépend à la fois de la demande atmosphérique (humidité, température et vitesse de l’air ambiant), du milieu poreux et des propriétés de transport (conductivités thermique et hydraulique, diffusion de vapeur). Le développement d’un protocole expérimental basé sur cette physique est nécessaire pour identifier le type de matériaux poreux capables de supporter un flux évaporatif en été.

Le contrôle de l’évaporation par la déformation élastique des pores semble être l’idée la plus pertinente à étudier. En parallèle de l’étude expérimentale, le développement d’un modèle prédictif sera nécessaire en prenant explicitement en compte les pores dans un volume élémentaire représentatif avec des lois d’échelle pour modéliser le matériau à l’échelle macroscopique. Pour cela, un problème thermo-poro-élastique avec une relation de pression prenant en compte les effets dynamiques et fluide-fluide sera résolu. Des essais sur des échantillons de chaussée en béton seront réalisés pour mesurer la relation entre les déformations de gonflement et de retrait avec le séchage et l’absorption d’eau.

Le doctorat sera réalisé au sein de l’équipe de recherche « Approches pour l’ingénierie verte » (UTR INGVER) à l’Institut de Génie Civil et Mécanique. Le projet s’inscrit dans les nouveaux thèmes de recherche de la Chaire EDYCEM.

Surveillance:

– Frédéric Grondin (superviseur principal), Professeur titulaire, Plus de détails ;

– Ahmed Loukili (encadrant), Professeur ordinaire, Plus de détails ;