insitu-flux
approche thermique située
UNE RECHERCHE NEE DES BESOINS D'UNE POPULATION EN MOYENS DE CONSERVATION DES RECOLTES
La chaleur ne disparaît pas. Elle circule
Comment une contrainte devient-elle une initiative?
Une approche portée par
Pascal FAYET
Ingénieur chercheur
flux thermiques
Depuis plus de vingt ans, je travaille sur le refroidissement radiatif et les régulations thermiques.
Issu de la marine marchande, j’ai développé une approche du terrain fondée sur la rigueur des systèmes et les conditions réelles.
Cette recherche m’a conduit du Sahel aux enjeux actuels d’équipement de nos territoires.
Je propose de contribuer par une lecture physique des flux, du sol à l’espace.
Il s’agit de comprendre comment la chaleur circule, s’accumule ou s’évacue dans un système « site »,
pour éclairer les choix d’aménagement.
Yasmina FAYET
Médiation scientifique et stratégie
flux thermiques
Je travaille là où toute chose doit trouver son expression
A l’endroit où la science rencontre la décision.
Depuis plus de vingt ans, j’accompagne la recherche sur les flux thermiques pour la rendre lisible, partageable, discutable, et en organiser la diffusion à travers l’Approche Thermique Située.
J’en construis la forme, le vocabulaire et les espaces de dialogue.
L’Approche Thermique Située est née de l'exigence d'agir en reliant les mécanismes physiques aux enjeux d’aménagement,
pour rendre ce dialogue possible entre science, territoires et décisions.
Le climat global donne une tendance.
La chaleur s’accumule ou s’évacue différemment d’un site à l’autre.
Au début des années 2000, un long périple en Afrique subsaharienne nous révèle une difficulté majeure pour les paysans : conserver les récoltes dans des régions où la chaleur est forte et l’électricité rare.
Dans un contexte d'insécurité alimentaire, une part importante de la production agricole est perdue faute de moyens simples de refroidissement.
Cette contrainte nous conduit à explorer une autre voie : utiliser les échanges radiatifs entre la Terre et le ciel nocturne pour produire du froid sans machines.
Ainsi commence une recherche qui, au fil des années, conduira à concevoir et expérimenter les premiers Greniers du Sahel.
Dans les villages d’Afrique de l’Ouest, l’électricité manque et la chaleur abîme très vite les récoltes dont une partie se perd avant même d’être consommée.
Dans ce contexte d’insuffisance alimentaire, ces pertes sont lourdes de conséquences.
C’est pour répondre à cette nécessité, exprimée clairement par la communauté de Niomré - Lo (Sénégal)
et le GIE constitué avec Pascal et Yasmina FAYET,
qu’il a fallu chercher des solutions simples, adaptées aux contraintes,
et que nous nous sommes dirigés vers le Refroidissement Radiatif.
EN QUÊTE DU FROID DE L'ESPACE
Cette question nous conduisit à entreprendre une recherche bibliographique approfondie sur les phénomènes de refroidissement naturel.
Pascal Fayet fit alors remonter des archives de la Bibliothèque de l'Académie des Sciences de Paris, un travail remarquable, mené dès les années 1960 par le physicien Félix Trombe. Il démontrait qu’un corps terrestre pouvait se refroidir jusqu'à 40° sous la température ambiante en exploitant le rayonnement infrarouge vers le ciel nocturne.
Ses expériences montraient qu’en l’absence de pièces en mouvement, et sous des ciels suffisamment clairs, il était possible d’obtenir des abaissements de température de plusieurs dizaines de degrés sous l’ambiance.
Ces travaux ouvraient une perspective inattendue : produire du froid en utilisant directement les échanges radiatifs entre la Terre, l’atmosphère et l’espace.
C’est à partir de cette rencontre avec les travaux de Félix Trombe que notre recherche s’est structurée.
ARTICLE
COMPRENDRE LE REFROIDISSEMENT RADIATIF
Le refroidissement radiatif repose sur un principe simple : tout corps à température ambiante émet un rayonnement infrarouge vers le ciel. Dans certaines bandes spectrales où l’atmosphère est peu émissive, une partie de cette énergie peut s’échapper directement vers l’espace, créant un flux radiatif net capable d’abaisser la température d’une surface terrestre.
Ce phénomène s’inscrit dans l’histoire de la physique du rayonnement, depuis les travaux fondateurs sur le corps noir — Planck, Wien, Stefan-Boltzmann — jusqu’aux recherches sur le rayonnement atmosphérique menées au début du XXᵉ siècle.
En France, le physicien Augustin Boutaric, membre de l’Académie des sciences, introduit dès 1924 la notion de température de rayonnement du ciel, permettant de décrire l’échange énergétique entre la surface terrestre et l’atmosphère.
Le phénomène est également décrit et diffusé dans la littérature scientifique et de vulgarisation du XIXᵉ siècle, notamment par Louis Figuier, qui rapporte les observations de refroidissement nocturne de surfaces exposées au ciel clair.
Félix Trombe en donnera en 1964 une démonstration expérimentale spectaculaire, montrant qu’un corps terrestre peut atteindre des températures très inférieures à l’ambiance sans aucune machine.
Mais en 2002, au moment où cette recherche commence, ce savoir est largement oublié ou considéré comme marginal. Il faut alors reprendre les bases : quantifier les flux radiatifs, comprendre la température de rayonnement du ciel et redonner sa place à un phénomène physique discret mais puissant.
Planck (1900) · Wien (1896) · Stefan-Boltzmann (1879-1884) · Figuier (1860s) · Boutaric (1924, Académie des sciences) · Trombe (1964)
Au moment des gelées blanches, certains paysans allumaient des feux humides pour produire une fumée épaisse au ras du sol. Cette enveloppe limitait le refroidissement nocturne en perturbant le rayonnement infrarouge vers le ciel clair, là où la chaleur s’échappe le plus efficacement. L’air restait ainsi légèrement plus chaud au niveau des cultures, parfois de quelques degrés décisifs.
Décrite notamment par Louis Figuier, cette pratique empirique témoigne d’une compréhension fine, située, des échanges thermiques entre le sol et le ciel.
Les merveilles de la science
Louis Figuier, plusieurs volumes publiés entre 1867 et 1891
Reste alors une question essentielle : ce phénomène peut-il devenir une solution concrète ?
Autrement dit, est-il possible de transformer ce principe physique — l’émission radiative d’une surface vers le ciel nocturne — en un dispositif capable de produire du froid dans les conditions climatiques du Sahel ?
C’est cette question qui nous conduisit à engager une recherche appliquée et à concevoir une série de prototypes expérimentaux construits avec les populations locales.
C’est le début du programme Les Greniers du Sahel.
EXPÉRIMENTATION SAHÉLIENNE
LES GRENIERS DU SAHEL
Entre 2005 et 2014, plusieurs prototypes de greniers refroidis par rayonnement nocturne sont construits au Burkina Faso, au Niger et au Sénégal.
Ces dispositifs expérimentaux explorent la possibilité de produire du froid sans machines, en mobilisant les échanges radiatifs entre les surfaces terrestres et le ciel nocturne.
Programme expérimental mené par Pascal Fayet et Yasmina Fayet 2005 — 2014
Ce programme, conduit avec l’appui de partenaires institutionnels et scientifiques — en tout premier lieu l’Organisation des Nations unies pour le développement industriel (ONUDI) — visait à concevoir des dispositifs de conservation des récoltes capables de produire du froid sans machines, en mobilisant les échanges radiatifs entre les surfaces terrestres et le ciel nocturne.
Choisir les matériaux du territoire — briques de banco.
Les prototypes sont construits en terre crue afin d’utiliser les ressources locales et leur forte inertie thermique.
Le grenier qui fit la preuve du concept - Ouahigouya, Burkina Faso.
Sortie de sacs de pommes de terre conservées dans le premier grenier expérimental utilisant le refroidissement radiatif nocturne.
Plusieurs prototypes expérimentaux ont ainsi été construits au Burkina Faso, au Niger et au Sénégal, en collaboration avec les populations locales, des organisations paysannes et des institutions scientifiques et techniques.
L’objectif était d’utiliser les propriétés radiatives de l’atmosphère pour abaisser la température de stockage tout en recourant à des matériaux locaux et à des techniques de construction adaptées aux conditions climatiques sahéliennes.
BURKINA FASO
Le premier prototype est réalisé en 2005 à Ouahigouya (Burkina Faso), au sein du réseau des Groupements Naam, fondé par Bernard Lédéa Ouédraogo, lauréat en 1988 du Right Livelihood Award (souvent appelé « prix Nobel alternatif ») pour son action en faveur du développement rural et de l’organisation des communautés paysannes.
C’est dans ce contexte de coopération avec les organisations paysannes locales que le premier dispositif expérimental est construit. Réalisé en briques de terre crue et matériaux disponibles localement, il permit de démontrer la faisabilité du principe : malgré des températures diurnes supérieures à 35 °C, la température intérieure put être maintenue plusieurs degrés en dessous de l’ambiance extérieure.
NIGER
Le second prototype est développé au Niger, à Karey Gorou, au sein de l’exploitation agricole de Boureima Wankoye, entrepreneur agricole engagé dans le développement rural et la sécurité alimentaire, lauréat en 2003 du prix environnemental du Programme des Nations unies pour l’environnement (PNUE). Le dispositif intègre une masse thermique plus importante et une production de froid intégrée en toiture.
Ce projet sera interrompu en 2011 en raison du contexte géopolitique dégradé.
Grenier expérimental — Karey Gorou, Niger.
Prototype de grande capacité conçu pour expérimenter la conservation des oignons en mobilisant les échanges radiatifs avec le ciel nocturne.
SENEGAL
La recherche se poursuit alors au Sénégal, avec l’adaptation d’un magasin de stockage existant à Rao Peul, puis la construction d’un nouveau dispositif à Mbacombel, associant refroidissement radiatif et refroidissement évaporatif.
Les résultats obtenus confirment la possibilité de stabiliser la température de stockage autour de 20 à 23 °C sous climat sahélien, permettant la conservation de productions maraîchères pendant plusieurs mois.
30mx30m - 12m sous fêtage
Inauguration et baptême du grenier — Macombel, Sénégal.
La fête du grenier rassemble la communauté autour du nouveau dispositif associant refroidissements radiatif et évaporatif.
Ces prototypes, réalisés avec les paysans et les organisations locales, ont permis de transformer une hypothèse physique en dispositifs expérimentaux fonctionnels.
Soutiens et partenariats : ONUDI · Fondation du Prince Albert II de Monaco · Programme de développement de l’OIF · Scientipôle Initiative · AgroParisTech · École Polytechnique de Thiès · organisations paysannes sahéliennes.
Distinctions et reconnaissance : Lauréat du Concours national d’aide à la création d’entreprise du Ministère de la Recherche (OSEO) · Prix ENR21 France · projets soutenus par la Banque mondiale et présentés lors d’événements scientifiques et institutionnels internationaux.
LA TERRE ET LE CIEL
Les recherches menées autour du refroidissement radiatif et les années de prototypage des Greniers du Sahel nous ont progressivement conduits à élargir la question initiale.
Produire du froid par rayonnement ne relève pas seulement d’un dispositif technique.
Ce phénomène révèle plus largement les échanges d’énergie qui s’établissent en permanence entre le sol, l’atmosphère proche et l’espace.
Ces interactions se jouent dans la couche limite atmosphérique, cette zone de quelques centaines de mètres au-dessus du sol où se rencontrent flux radiatifs, convectifs et conductifs.
L’expérience du terrain impose alors un point souvent sous-estimé : le rôle déterminant des surfaces terrestres dans la formation des microclimats locaux et des régimes thermiques qui s’y établissent.
Température du sol, propriétés radiatives des matériaux, humidité, géométrie des sites ou couverture végétale conditionnent directement ces régimes thermiques.
Observer, mesurer et mobiliser ces flux conduit alors à considérer autrement les situations thermiques locales.
C’est de cette expérience qu’est née ce que nous appelons aujourd’hui l’Approche Thermique Située.
L’APPROCHE THERMIQUE SITUEE
Les recherches menées autour du refroidissement radiatif et les années de prototypage des Greniers du Sahel nous ont progressivement conduit à élargir la question initiale.
Produire du froid par rayonnement ne relève pas seulement d’un dispositif technique. Ce phénomène révèle plus largement les échanges d’énergie qui s’établissent en permanence entre le sol, l’atmosphère proche et l’espace.
Observer les flux
Comprendre les régimes thermiques
Éclairer les décisions territoriales
• physique du rayonnement
• microclimat local
• fonctionnement des surfaces terrestres
• choix techniques
• décisions d’aménagement
Le phénomène physique est aujourd’hui reconnu.
Son introduction dans les processus de lecture et de décision des territoires reste largement à construire.
Situer l’action
Lire situé, agir situé.
Nous rencontrons des situations réelles
Nous avons des sites à concevoir, à transformer, à habiter,
des décisions à prendre en contexte de chaleur.
Nous avons à répondre à des situations où les flux thermiques deviennent déterminants.
À partir de ces situations réelles, nous développons
une lecture thermique située, un lieu après l’autre, in situ :
une expertise au carrefour des physiques connues,
que nous conjuguons pour comprendre le comportement thermique des sites,
dans la couche limite, cette épaisseur d’atmosphère qui répond à leur influence,
là où nous respirons, là où nous nous organisons,
à notre échelle.
Cette expertise, nous la mettons au travail.
Elle est construite, opérationnelle, et destinée à produire les bilans nécessaires
à une lecture plus juste des lieux.
Nous l’adressons aux autres disciplines
pour qu’elle soit reprise, transmise et appliquée
dans les métiers qui conçoivent, évaluent, autorisent et transforment les équipements.
Nous proposons de travailler ensemble à partir de cette lecture,
pour que ce qui se décide et se construit localement
le soit avec plus de discernement.
Voir les formes de rencontre
médiation
In Situ
