Déployés à grande échelle sous la forme de toits froids dans des quartiers informels (auto-construits) et des logements à faible revenu rien qu’en Inde, les matériaux de refroidissement radiatif passif de jour (PDRC) pourraient sauver 317 000 vies et plus de 68 millions de tonnes d’équivalent dioxyde de carbone (tCO2e). des émissions liées au refroidissement d’ici 2030.

Alors que l’été torride de l’hémisphère nord touche à sa fin, nous ne pouvons pas le laisser disparaître. Avec toutes les chances que l’été 2024 – et chaque été au-delà – soit pire, nous devons faire de réels progrès en matière de technologies et de solutions de refroidissement dès maintenant.  

Chez Third Derivative et RMI , nous sommes particulièrement enthousiasmés par une classe de matériaux avancés qui fournissent un effet de refroidissement radiatif diurne passif (PDRC), réduisant considérablement les températures intérieures – et par leurs avantages potentiels en termes de sauvetage et de réduction des émissions.   

Déployés à grande échelle sous la forme de toits froids dans des quartiers informels (auto-construits) et des logements sociaux rien qu’en Inde, les matériaux PDRC pourraient sauver 317 000 vies et plus de 68 millions de tonnes d’équivalent dioxyde de carbone (tCO 2 e) dans les domaines du refroidissement. émissions de CO2 d’ici 2030 – et bien plus encore lorsqu’elles sont appliquées à d’autres pays.

Ce qui est en jeu 

Sans une action concertée, 8,3 milliards de personnes dans le monde, soit 74 % de la population mondiale projetée, seraient exposées à des conditions de chaleur mortelles (plus de 20 jours par an au cours desquels la température et l’humidité de l’air ambiant dépassent les seuils de survie lorsque la température corporelle dépasse 37 °C). ) d’ici la fin du siècle, contre 30 pour cent aujourd’hui. La grande majorité se trouvera dans des pays à faible revenu, dont 1,1 milliard rien qu’en Inde. Même avec d’importantes réductions des émissions, 48 ​​pour cent de la population mondiale sera menacée.   

Dans bon nombre des pays les plus chauds du monde, la majorité vit sans climatisation et sans possibilité d’échapper à une chaleur potentiellement mortelle. Un grand nombre de ces décès surviendront dans des quartiers informels ou auto-construits, où vivent plus d’un milliard de personnes dans le monde. Il a été constaté que la température de l’air intérieur dans ces communautés est en moyenne 3,6°C (6,6°F) plus élevée qu’à l’extérieur. Les toits en tôle ondulée et en tôle d’amiante couramment utilisés dans ces établissements ont été associés à des périodes de stress thermique intérieur  beaucoup plus longues et plus graves. 

Les pannes de courant aggravent le problème. La demande d’électricité atteint généralement son maximum pendant les vagues de chaleur, car les gens ont de plus en plus besoin d’un refroidissement mécanique pour rester à l’aise. Cette pression sur le réseau électrique peut entraîner des pannes de courant – et le risque de mortalité lié à la chaleur fait plus que doubler lorsque des pannes surviennent pendant des vagues de chaleur.  

Dans le même temps, à mesure que le monde se réchauffe, que les revenus augmentent et que les pays s’urbanisent, l’explosion de la demande de refroidissement mécanique aggravera le réchauffement climatique. Dans un scénario de statu quo, la climatisation résidentielle pourrait consommer 7 700 térawattheures (TWh) d’électricité et représenter plus de 160 milliards de tonnes d’ équivalent CO 2 d’ ici 2050. À titre de perspective, cela représente plus de trois fois les réductions d’émissions prévues d’ici 2050. de l’Inflation Reduction Act des États-Unis , la plus grande loi climatique de l’histoire.

L’importance du refroidissement passif 

Beaucoup d’entre nous pensent d’abord au refroidissement en termes de refroidissement « actif » : allumer la climatisation ou le ventilateur lorsqu’il fait trop chaud pour nous. En revanche, les solutions de refroidissement « passives » ne nécessitent pas un apport d’énergie continu. Celles-ci incluent une gamme de solutions de conception et de matériaux de construction, notamment des structures d’ombrage, des murs et des plafonds épais (masse thermique), une ventilation naturelle et des toits frais.  

Ces mesures passives sont importantes pour trois raisons. Premièrement, ils peuvent compenser une partie de la pollution climatique massive associée au refroidissement actif. Deuxièmement, ils sont souvent plus abordables que la climatisation. Troisièmement, ils fonctionnent même lorsque le système électrique ne fonctionne pas – ce qui est particulièrement important compte tenu du manque de fiabilité de l’approvisionnement en électricité dans nombre de nos pays les plus soumis au stress thermique et des vagues de chaleur qui contribuent aux pannes du réseau.  

Qu’y a-t-il de si excitant dans ces matériaux avancés ? (N’avons-nous pas déjà des toits sympas ?) 

Les toits froids prennent généralement la forme d’une peinture ou d’un revêtement réfléchissant, ce qui peut réduire la température de la surface du toit de 12 à 31 °C (22 à 55 °F ), ce qui se traduit par une réduction de la température de l’air intérieur entre 2 °C et 4 °C. (4-7°F). Cela représente une différence significative, voire salvatrice, pour une personne vivant ou travaillant dans un bâtiment mal conçu ou mal isolé, où les températures sont souvent plus élevées à l’intérieur qu’à l’extérieur. Parmi les autres avantages figurent la réduction des coûts énergétiques, la réduction des températures du quartier, l’amélioration de la qualité de l’air et la durée de vie prolongée de la toiture.  

Les toits frais sont également bon marché ; en Inde, peindre le toit d’un quartier informel typique peut commencer à seulement 30 dollars (à comparer aux climatiseurs résidentiels les moins chers, dont le prix initial est d’environ 365 dollars, et qui coûterait au propriétaire 881 dollars d’ici 2030 en frais initiaux et d’exploitation). Les applications sur toitures fraîches prolongent également la durée de vie des toits en réduisant la déformation et les fissures causées par les températures élevées et en offrant une meilleure protection contre l’humidité. 

Reconnaissant leur impact potentiel, il existe un certain nombre de programmes et de politiques – comme le Million Cool Roofs Challenge , les efforts du Mahila Housing Trust en Inde et les mandats de toits frais dans plusieurs villes américaines, dont New York, Houston, Denver et Chicago – qui fonctionnent. déployer ces solutions à grande échelle. Malgré ces efforts, l’adoption massive reste toutefois difficile à atteindre. Les programmes les plus importants ont abouti ensemble à moins de 300 000 installations de toits froids, alors que les besoins mondiaux sont estimés à au moins 200 millions.  

Pourquoi l’adoption massive est-elle restée hors de portée alors que la solution semble si bon marché et efficace ? Il existe un certain nombre de défis – avantages difficiles à quantifier et souvent ignorés, manque de financement, manque de familiarité et aversion au risque parmi les entrepreneurs , problèmes de durabilité, pénalité de chauffage en hiver (vous voulez un gain de chaleur quand il fait froid) – mais l’un d’entre eux est fondamental. : pas assez de ménages en voient la valeur. Les toits frais peuvent réduire la température intérieure, mais 32 °C (90 °F) par rapport à 36 °C (96 °F) semble toujours misérable – alors pourquoi payer ou se donner la peine de peindre votre toit ?  

C’est là que les solutions PDRC, avec leur effet plus puissant, pourraient contribuer à accélérer et à développer l’échelle dont nous avons besoin. Ils assurent un refroidissement passif, tout comme les toits froids classiques, mais bien plus encore, grâce à leur physique unique. 

Pour comprendre le fonctionnement des matériaux PDRC, il est utile de comprendre les méthodes de transfert d’énergie thermique. Nous pouvons y penser en observant les surfaces de nombreux environnements urbains, ou même le corps humain, qui se réchauffent et se refroidissent de différentes manières :  

• Conduction : Transfert de chaleur par contact direct. Cela se produit lorsque nous touchons quelque chose de chaud ou de froid. 
• Convection et évaporation : Transfert de chaleur respectivement par le mouvement de l’air et par l’humidité. Nous en faisons l’expérience lorsque nous allumons un ventilateur ou ressentons le soulagement d’une brise fraîche par une journée chaude. L’évaporation (de la sueur) par convection contribue à accélérer ce processus de refroidissement. 

• Rayonnement : Transfert de chaleur par ondes électromagnétiques. C’est le soleil sur votre visage et cela se ressent dans la différence de température entre le soleil et l’ombre.

Vous pouvez également visionner une superbe vidéo explicative ici .

Avec les solutions PDRC, le rayonnement est la méthode clé de transfert de chaleur, permettant à ces produits d’aller bien au-delà des capacités des toits froids traditionnels. La plupart des toits froids utilisent des produits hautement réfléchissants, qui font rebondir la partie visible du spectre du rayonnement électromagnétique solaire. Les solutions PDRC, quant à elles, utilisent des matériaux à la fois hautement réfléchissants et hautement émissifs ; ils émettent plus de chaleur qu’ils n’en absorbent en tirant parti du rayonnement thermique infrarouge à ondes longues. Pour décomposer l’acronyme :    

• Passif : se produit tout seul, aucun apport d’énergie n’est nécessaire 
• Jour : le refroidissement peut se produire pendant la journée, car l’effet de refroidissement est plus important que le gain de chaleur provenant uniquement de la lumière du soleil. 
• Radiatif : transfert de chaleur excédentaire à travers la fenêtre transparente atmosphérique et vers l’espace extra-atmosphérique basé sur la grande différence de température entre la surface (chaude) et l’espace extra-atmosphérique (très, très froid) par le biais d’ondes électromagnétiques ou d’ondes lumineuses visibles et non visibles. Considérez cela comme un pont thermique entre deux endroits, poussant le chaud vers le froid. 
• Refroidissement!

Cela signifie que les solutions PDRC sont capables de rayonner de la chaleur même sous la lumière directe du soleil et peuvent réduire la température de surface à une température égale ou inférieure à la température ambiante extérieure. Leurs propriétés presque magiques et contre-intuitives signifient qu’un matériau PDRC est plus frais lorsqu’il est placé à l’extérieur au soleil qu’il ne le serait à l’ombre.   

Un toit en tôle ou en amiante typique de nombreux quartiers informels peut chauffer jusqu’à 88°C (190°F) en plein soleil lorsque la température de l’air ambiant est de (100°F). Une solution PDRC peut réduire la température de la surface du toit à la température ambiante ou en dessous – une différence potentielle de 30 °C à 50 °C ( 54 °C à 90 °F ) . Cela peut se traduire par des températures intérieures plus fraîches de 5°C à 10°C (9°F-18°F) par une journée chaude.

Les solutions PDRC ont été développées sous de nombreuses formes , notamment des revêtements ( la peinture ultra blanche de Purdue est une solution PDRC qui a fait l’actualité ces derniers temps), des films minces, des tissus, des microfibres cellulosiques, des structures poreuses (comme le bois délignifié) et des aérogels. Alors que nous nous concentrons sur les peintures pour les toits des logements informels et à faible revenu, les solutions PDRC en tissu – comme les tentes – pourraient bénéficier de manière significative aux personnes vivant dans des établissements informels et dans des logements d’urgence ou de réfugiés. Le produit PDRC sur les toits commerciaux et industriels pourrait également permettre des économies significatives en matière de santé, d’énergie et d’émissions.  

Quel impact les solutions PDRC pourraient-elles avoir ?  

Notre analyse suggère qu’il y a plus de 400 millions de personnes rien qu’en Inde pour lesquelles les solutions PDRC pourraient constituer une solution essentielle en matière de santé et de qualité de vie. Il s’agit de personnes vivant dans des quartiers informels ou auto-construits ainsi que de résidents à faible revenu vivant dans des maisons unifamiliales. Ces communautés ont tendance à être beaucoup plus chaudes que les zones voisines plus riches en raison de moins de couverture arborée et d’ombre, d’une construction de moins bonne qualité et d’une proportion plus élevée de matériaux absorbant la chaleur comme l’asphalte et le béton.  

L’adoption à grande échelle du PDRC parmi cette population pourrait éviter 317 000 décès liés à la chaleur d’ici 2030. À titre de comparaison, cela équivaut à peu près à un dixième des vies sauvées par les vaccins contre la COVID-19 dans l’ensemble de la région OMS de l’Asie du Sud-Est (qui comprend 11 pays, dont l’Inde, et près de 2 milliards d’habitants).  

Cela pourrait également éviter la perte de 73 000 milliards d’heures de travail (d’une valeur de 22 milliards de dollars de revenus directs). Pour le ménage bénéficiaire moyen à faible revenu, cela signifierait 136 heures de travail gagnées en 2030, soit 7 % du revenu annuel du ménage (3 500 INR). 

Cela suppose avant tout un déploiement rapide ; passant d’une pénétration du marché du PDRC de 3 pour cent dans la population cible en 2024 à 60 pour cent d’ici 2030. Cela ne serait probablement réalisable que grâce à une initiative gouvernementale majeure et à un partenariat étroit avec les secteurs privé et philanthropique.  

L’estimation de la mortalité liée à la chaleur est délicate pour plusieurs raisons : les études sur la mortalité liée à la chaleur ont tendance à se concentrer sur les pays développés où les résidents vivent dans des logements de meilleure qualité ; les hypothèses sur les indicateurs de stress thermique reposent normalement sur des populations en bonne santé plutôt que sur des populations vulnérables ; alors qu’il n’existe pas encore suffisamment de données sur l’environnement thermique intérieur pendant les vagues de chaleur, en particulier pour les populations informelles et vulnérables.  

Ces problèmes sont encore aggravés par d’autres lacunes dans les données qui font de la mortalité liée à la chaleur un phénomène largement sous-estimé. Les maladies liées à la chaleur sont souvent mal diagnostiquées et les données ne sont pas analysées de manière cohérente (la fraction de mortalité annuelle en Inde attribuée à la chaleur est de 7,3 % , ce qui se traduit par environ 800 000 décès liés à la chaleur en 2023). 

Des vérifications sur le terrain et des consultations avec des experts en santé publique seront essentielles pour valider ces hypothèses, car les données sur la chaleur et ses impacts dans les quartiers informels en Inde sont limitées (mais croissantes) .

Notre estimation (le potentiel d’éviter 317 000 décès d’ici 2030) s’appuie sur des résultats montrant que les toits froids conventionnels pourraient compenser 25 % de la mortalité liée à la chaleur lors des vagues de chaleur. Nous avons estimé qu’une réduction de 50 pour cent serait raisonnable pour les toits PDRC, étant donné que ces matériaux sont deux fois plus efficaces que les toits froids conventionnels, que les quartiers informels ont une qualité de construction de maisons bien inférieure et que le groupe de population évalué en Inde est particulièrement vulnérable. 

Le déploiement rapide de solutions PDRC permettrait également d’économiser 80 TWh de consommation d’énergie liée au refroidissement et d’éviter plus de 68 millions de tCO 2 e d’émissions liées au refroidissement en réduisant le besoin d’utilisation du courant alternatif et la consommation d’énergie liée au refroidissement. Rien qu’en 2030, cela représente 27 TWh d’économies d’énergie annuelles, soit 63 % des économies annuelles réalisées grâce au programme indien UJALA , présenté comme l’un des programmes d’efficacité énergétique les plus ambitieux et les plus efficaces au monde. UJALA a remplacé près de 370 millions d’ampoules par des LED en Inde, évitant ainsi les émissions d’environ 38 millions de tCO2e par an. 

Nous estimons que 5 % de cette population cible est équipée de la climatisation aujourd’hui – soit la même proportion que l’ensemble de la population indienne à faible revenu – et que ce chiffre atteindra 20 % d’ici 2030. Nous supposons également que les toits PDRC peuvent réduire la demande énergétique des bâtiments dans les secteurs informels et à faible revenu. -logement unifamilial à revenu de 40 pour cent. Des études ont montré que les toits froids peuvent générer de 20 à 70 % d’économies d’énergie directes , variant largement en fonction de la construction du bâtiment, du type d’utilisation et du climat. 

Alors, comment pouvons-nous faire en sorte que cela se produise et que cela se produise rapidement ?  

Malgré l’évolution rapide de la recherche et du développement de solutions PDRC, la plupart des solutions n’ont pas dépassé l’échelle du laboratoire. Bien que les performances des solutions PDRC aient été prouvées dans de petits projets de test, il sera essentiel de valider ces performances à plus grande échelle dans des conditions de logement réelles. Il existe quelques critères clés que les solutions PDRC devront remplir pour être compétitives : l’abordabilité, des chaînes d’approvisionnement fiables et le bon modèle de déploiement. 

Étant donné que les solutions PDRC ne sont pas encore fabriquées à grande échelle, elles n’ont pas été soumises à des « taux d’apprentissage » et ont des coûts unitaires beaucoup plus élevés que les peintures pour toitures froides disponibles dans le commerce. Cela dit, étant donné que les intrants primaires (comme le quartz et le dioxyde de titane) sont bon marché et que le processus de fabrication est relativement simple, le taux d’apprentissage des solutions PDRC sera probablement élevé, ce qui les amènera rapidement au même niveau que les peintures ordinaires.  

Il est également important de veiller à ce que le carbone incorporé (les émissions liées à l’approvisionnement en matériaux et à la fabrication des produits) et l’empreinte environnementale plus large de ces produits soient aussi faibles que possible. Comme pour de nombreux produits, il existe une gamme de matières premières qui peuvent être utilisées, avec des impacts carbone variables (l’option polymère à plus forte teneur en carbone a environ 70 fois l’impact carbone de l’option polymère à plus faible teneur en carbone).  

Nous avons besoin de plus de recherches pour montrer comment ces intrants peuvent être obtenus de manière écologiquement durable et socialement responsable, et que le processus de fabrication est efficace et alimenté par des énergies renouvelables.  

Les marchés volontaires du carbone pourraient jouer un rôle essentiel en prenant en charge le premier coût de ces solutions et en améliorant l’accessibilité financière pour les ménages à faible revenu – surtout s’ils peuvent développer un crédit « cumulé » incluant des attributs autres que la réduction du carbone (c’est-à-dire l’impact sur la santé).  

Chez Third Derivative et RMI, notre objectif est d’explorer comment commercialiser et mettre à l’échelle les solutions PDRC, notamment en :  

1. Tester les produits phares dans des conditions réelles. 
2. Négociation de partenariats entre les développeurs du PDRC et les principaux fabricants de peinture capables de produire à grande échelle. 
3. Forger une coalition – dirigée par le gouvernement mais incluant des entreprises et des organismes philanthropiques – qui prendrait un engagement avancé sur le marché, garantissant un certain volume d’achat à un certain prix, à condition que les produits passent certains tests. 
4. Distribuer le produit aux institutions de base ayant une expérience de déploiement de solutions dans les communautés vulnérables (par exemple, Mahila Housing Trust et Barefoot College en Inde, BRAC au Bangladesh).  
5. Travailler avec une société de crédit carbone pour développer un produit « empilé » qui pourrait potentiellement créer une source de revenus importante pour les organisations de mise en œuvre, leur permettant d’être payées pour le déploiement par foyer ou par pied carré.  

Il s’agira d’un exercice complexe et multipartite qui nécessitera une planification minutieuse et solide. Cela nécessitera également un véritable leadership, de la part des gouvernements en particulier. Mais les impacts potentiels sur le climat et la santé justifieront largement cet effort. Nous n’avons pas de temps à perdre ; l’été 2023 a été une sonnette d’alarme – et un coup d’envoi.