L’influence des panneaux solaires photovoltaïques sur la dispersion du CO dans des canyons de rue 2D idéalisés

Pourquoi les panneaux solaires de toiture peuvent aussi purifier l’air

Les rues en ville donnent souvent l’impression de couloirs profonds encadrés par de hauts bâtiments. Les gaz d’échappement des voitures peuvent stagner dans ces « canyons de rue », nuisant à la santé des riverains et des piétons. Cette étude pose une question surprenante : en couvrant les toits de panneaux solaires pour produire de l’électricité propre, ces panneaux peuvent-ils aussi contribuer à chasser la pollution routière des rues en contrebas ?

Les canyons de rue et les gaz d’échappement piégés

Quand le vent souffle au-dessus d’une rangée de bâtiments, il descend dans l’espace entre eux et crée un grand tourbillon d’air lent. Ce tourbillon a tendance à pousser les gaz d’échappement, comme le monoxyde de carbone, vers un côté de la rue et à les maintenir près du sol. Dans de nombreuses villes encombrées, cela signifie que même si la qualité de l’air globale s’améliore, les personnes au niveau du trottoir peuvent tout de même respirer des concentrations élevées de fumées pendant des heures chaque jour.

Utiliser des modèles informatiques comme soufflerie virtuelle

Pour explorer comment les panneaux solaires de toiture pourraient modifier cette situation, le chercheur a construit une simulation informatique détaillée d’un canyon de rue bidimensionnel idéalisé. Les bâtiments de chaque côté et la chaussée entre eux avaient la même hauteur et la même largeur, ce qui simplifie le monde réel afin d’isoler le rôle des panneaux solaires. Une source linéique fine sur la chaussée émettait du monoxyde de carbone, représentant le trafic automobile, tandis qu’un vent constant soufflait perpendiculairement aux toits. L’étude utilisait un type de modèle d’écoulement d’air bien éprouvé et largement comparé aux expériences en soufflerie, ce qui renforce la confiance dans le réalisme physique des résultats virtuels.

Incliner les panneaux solaires pour orienter le vent

L’expérience clé consistait à installer des panneaux solaires sur le toit du bâtiment sous le vent et à les incliner selon trois angles différents : 30°, 45° et 60°. Par rapport à un toit plat sans panneaux, l’ajout de panneaux modifiait à la fois la vitesse du vent et la forme du tourbillon dans le canyon. À 30° d’inclinaison, l’air s’accélérait en passant au-dessus du panneau puis formait une zone de basse pression juste derrière. Cette combinaison a aspiré davantage d’air vers le haut et hors du canyon, réduisant la zone lente et stagnante au centre et près du sol. À mesure que l’angle d’inclinaison augmentait à 45° puis 60°, la hauteur verticale et la « surface frontale » du panneau diminuaient, la zone de basse pression se réduisait et l’effet bénéfique sur le vent s’affaiblissait.

Moins de pollution dans le canyon et près des personnes

Ces changements d’écoulement se sont traduits par des différences visibles en matière de pollution. Sur l’ensemble du canyon, les concentrations moyennes de monoxyde de carbone ont diminué de 21,7 % avec une inclinaison de 30°, d’environ 20 % avec 45° et d’environ 14 % avec 60°, par rapport à l’absence de panneaux. La pollution la plus élevée se produisait toujours sur la paroi sous le vent, où le tourbillon principal entraîne les émissions et où de petits remous d’angle les piègent. Là encore, les panneaux à 30° ont donné les meilleurs résultats, affichant les concentrations les plus basses à la surface du bâtiment et à une hauteur piétonne typique de 15 centimètres au‑dessus de la chaussée dans le modèle à l’échelle. Même si les panneaux réduisaient légèrement le mélange d’air juste au niveau du bord du toit, cet inconvénient était compensé par l’écoulement ascendant plus fort qui évacuait davantage de pollution hors du canyon.

Ce que cela signifie pour les rues des villes de demain

En termes simples, des panneaux solaires de toiture inclinés de manière réfléchie peuvent remplir une double fonction. Outre la production d’électricité propre, ils peuvent orienter le vent de façon à aider à purger les gaz d’échappement des rues étroites. Dans cette configuration idéalisée, une inclinaison de 30° offrait le meilleur compromis, augmentant l’écoulement d’air et réduisant la pollution moyenne dans le canyon de plus d’un cinquième. Les villes réelles sont plus complexes que ce modèle bidimensionnel, mais l’étude montre que de petits choix de conception sur les toits peuvent avoir un impact mesurable sur l’air respiré par les piétons, offrant aux urbanistes une raison supplémentaire de prêter attention à la manière dont les panneaux solaires sont installés.

Citation: Guang-Xing, H. The influence of solar PV panels on CO dispersion in ideal 2D street canyons. Sci Rep 16, 4745 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35045-z

Mots-clés: pollution atmosphérique urbaine, canyon de rue, panneaux solaires sur toiture, écoulement du vent, dispersion des polluants