Protection contre les incendies de forêt - Solutions avancées avec les "hydrogels biomimétiques activables par la chaleur".

Wildfires are getting more severe and damaging all over the world. In 2023, près de 12 millions d'hectares ont été brûlésétablissant un nouveau record, 24% de plus que le précédent. L'année 2023 est ainsi devenue la pire année pour les incendies de forêt dans le monde, l'année 2021 se classant au troisième rang et l'année 2020 au quatrième.

L'image est claire : les incendies de forêt catastrophiques sont de plus en plus graves, de plus en plus fréquents et de plus en plus étendus. Cette tendance est évidente aux États-Unis, en Europe et en Australie.  

Le changement climatique aggrave encore la catastrophe des incendies de forêt en intensifiant les vagues de chaleur et les sécheresses.qui créent des conditions sèches et chaudes qui favorisent le déclenchement et la propagation des incendies de forêt.

Cette situation est extrêmement préoccupante, car ces incendies de forêt ajoutent 5 à 8 milliards de tonnes de dioxyde de carbone chaque année. En outre, les incendies de forêt entraînent aujourd'hui la perte de près de 6 millions d'hectares supplémentaires de couvert forestier par an par rapport à 2001. En outre, les incendies représentent aujourd'hui 33% de l'ensemble des pertes de couvert végétal, contre 20% il y a vingt ans.

En outre, les incendies de forêt affectent les êtres humains à la fois directement et indirectement. Alors que des centaines de personnes meurent chaque année à cause du feu, beaucoup d'autres sont évacuées ou définitivement déplacées de leur domicile.

Dans l'ensemble, les incendies de forêt entraînent des pertes dévastatrices pour les ressources, les infrastructures, la vie et les moyens de subsistance des personnes vivant autour de ces zones, ainsi que pour l'économie.

Afin de lutter efficacement contre les incendies de forêt, nous avons besoin de solutions respectueuses de l'environnement qui permettent d'améliorer les efforts de gestion des incendies de forêt, de contrôler les incendies dans les zones sauvages et de protéger les zones contre les dommages.

Méthodes de protection contre l'incendie : Gels, mousses et retardateurs de flammes

Il existe plusieurs systèmes chimiques de lutte contre les incendies de forêt destinés à réduire la probabilité d'inflammation et à protéger les habitations et les infrastructures. Ces systèmes sont classés par l'US Forest Service dans les catégories suivantes :

• Gels améliorant la teneur en eau
• Suppresseurs de mousse
• Retardateurs à long terme

Les retardateurs à long terme sont généralement acheminés par avion au-dessus des paysages ciblés, après avoir été entièrement constitués par dilution dans l'eau. Leurs effets retardateurs sont produits par des produits chimiques tels que les phosphates d'ammonium qui ont la capacité de résister à la combustion ou ralentir la propagation du feu. L'efficacité de ces retardateurs dure aussi longtemps que les résidus chimiques restent sur la végétation.

En ce qui concerne l'amélioration de l'eau gels et suppresseurs de mousse, ils sont tous deux des moyens d'extinction des incendies à court terme. Ces solutions ne peuvent que résister au feu tant qu'il y a de l'eau, ce qui signifie qu'une fois qu'il y a de l'eau, il n'y a plus de feu. il s'évapore des matériaux appliqués, la résistance au feu est également perdue.

Parmi ceux-ci, les gels hydrophiles ont a été trouvé s'est révélée exceptionnellement efficace pour protéger les infrastructures. 

Les gels hydrophiles comprennent généralement des polymères superabsorbants qui posséder la capacité de retiennent fortement l'eau ainsi que améliorer la mouillabilité de la surface. De cette manièreCes gels agissent très bien en tant qu'agents extincteurs et barricades pour protéger les habitations et les infrastructures essentielles dans les zones sauvages.

Le gonflement du polymère augmente en fait l'épaisseur de la barricade d'eau, ce qui permet de prolonger la durée de vie de la barricade d'eau. rétention d'eau temps. La capacité de retenir l'eau pendant 30 à 60 min rend ces types de gels très efficaces pour les attaques indirectes visant à protéger les maisons, les bâtiments et d'autres structures avant les incendies de forêt. 

Contrairement à les gels, la mousse a un temps de rétention plus court de un simple 15-30 min et n'est pas en mesure de offrent le même niveau de protection que les gels pour les attaques indirectes. Le présent fait des gels améliorant la qualité de l'eau une stratégie écologique et durable pour éteindre les incendies de forêt.

Etant donné qu'ils fonctionnent si bien, il y a beaucoup de gels disponibles sur le marchéqui comprennent le Thermo-Gel, un gel ignifuge très populaire, largement utilisé aux États-Unis et au Canada et approuvé par les autorités. Il est utilisé aussi bien par les particuliers que par les équipes de pompiers professionnels. Le gel peut être appliqué sur les structures, la végétation et d'autres surfaces et est efficace jusqu'à plusieurs heures après l'application. Il peut être retiré avec de l'eau.

Le gel anti-incendie Barricade est un autre produit qui forme un gel de protection thermique épais pour protéger les maisons, les structures, les véhicules et les réservoirs de carburant contre les incendies. Il est mélangé à de l'eau pour fournir une protection contre les incendies et est pulvérisé jusqu'à 24 heures avant l'approche d'un feu de forêt.

FireIce Shield fournit une couche protectrice pour prévenir les dommages causés par l'inflammation, la combustion ou la carbonisation. No-Burn Original Fire Gel, quant à lui, est un retardateur de feu à base d'eau qui peuvent être appliquées sur les surfaces où il forme une barrière qui résiste à l'inflammation.

Un gel innovant pour protéger les bâtiments pendant les incendies de forêt

Les gels améliorant la teneur en eau ont tendance à incorporer des matériaux hydrogel. En effet, les hydrogels sont des polymères capables de retenir de grandes quantités d'eau, ce qui leur permet de former une barrière efficace contre le feu. 

Hydrogels’ cross-linked polymer structure, which makes them insoluble, est ce que leur permet d'absorber et de retenir efficacement d'importantes quantités d'eau. Cette incroyable capacité d'entre eux Le stockage de l'eau permet pour l'augmentation de la durée de refroidissement et de mouillage lorsque le gel est appliqué sur des surfaces telles que la végétation. 

Bien qu'il s'agisse d'une alternative intéressante aux mousses et aux retardateurs traditionnels à long terme, les hydrogels sont limités à une période d'application très courte pendant les conditions météorologiques typiques des incendies de forêt. 

Le fait est que ces se dessèchent rapidement et perdent leur efficacité sous l'effet du vent et de la chaleur, qui sont typiques des incendies de forêt. Cela limite considérablement l'utilisation pratique des hydrogels et, en outre, augmente les risques pour ceux qui appliquent ces matériaux. 

Source : Rapport Stanford

Pour remédier à cette limitation, des chercheurs de Stanford ont a mis au point un gel améliorant la qualité de l'eau afin d'éviter que les habitations et les infrastructures essentielles ne soient brûlées par des incendies de forêt, avec beaucoup de meilleurs résultats que les solutions actuellement disponibles. According to senior author Eric Appel, who’s an associate professor of materials science and engineering in the School of Engineering:

“Under typical wildfire conditions, current water-enhancing gels dry out in 45 minutes.”  

Publiée il y a quelques semaines dans Advanced Materials, la nouvelle recherche a introduit une plate-forme d'hydrogel améliorant l'eau qui se transforme en aérogel de silice, un dessin de matériau beaucoup de l'intérêt pour le monde de la science et de la technologie.

L'aérogel de silice est connu pour sa transparence optique, sa surface élevée et sa faible conductivité thermique. son une faible densité apparente, l'air représentant jusqu'à 95% de son volume.

Les L'aérogel de silice obtenu dans la dernière étude était accompagné de des propriétés isolantes exceptionnelles lors de l'activation de la chaleur, ce qui aide élargir la fenêtre efficace de protection de la surface contre l'inflammation. 

Conformément à la l'étude, ces matériaux Amélioration des propriétés des barricades de vitrine de plus de 5 fois par rapport aux produits sous forme de gel qui augmentent la teneur en eau qui sont actuellement vendus dans les le marché. 

Les chercheurs ont formé ces hydrogels par le biais d'interactions polymère-particule (PP) entre des chaînes cellulosiques (biopolymères) et des particules de silice colloïdale. Les interactions PP étaient les suivantes s'est révélée être en train de jouer un rôle clé dans la création du bouclier aérogel thermo-isolant efficacement lors de l'évaporation de l'eau. 

Conformément à la l'étude, l'eau contenue dans ces matériaux est perdue rapidement lorsqu'elle est utilisée pour la fabrication de produits alimentaires. sous l'effet de l'impact de la flamme, qui conduit à la formation d'un réseau solide de silice. Ce réseau constitue une solide barrière physique contre le feu. 

Prolonger l'efficacité de la protection, selon aux auteurs, est ce qui différencie leur matériel par rapport aux autres technologies de lutte contre les incendies de forêt. Et c'est ce que comblera efficacement une lacune dans notre capacité à lutter contre les incendies de forêt et à protéger les infrastructures essentielles, note l'étude.

Test et optimisation du nouveau gel anti-feu

Financé par la National Science Foundation ainsi que la Fondation Gordon & Betty Moore et les Schmidt Science Fellows, L'étude de l'université de Stanford a permis de développer un gel pulvérisable qui protège les bâtiments des dommages causés par les incendies de forêt tout en étant plus durable et plus efficace que les options commerciales existantes.

La fenêtre d'application étant plus large, il est possible de vaporiser le gel avant l'incendie tout en bénéficiant de sa protection. Et lorsque l'incendie survient, il est censé fonctionner encore mieux.

La nouvelle plateforme est en préparation depuis des années. En 2019, le même gel a été utilisé par Appel et l'équipe de maintenir les retardateurs de feux de forêt sur la végétation pendant une longue période.

Calling the new development “serendipitous,” Appel explained that they were curious about the behavior of these gels on their own. So, they just put some on wood and then used a torch lying around the lab to expose it to flames. This resulted in a “super cool outcome” of the gel puffing up into an aerogel foam.

The thing is, water-enhancing gels use superabsorbent polymers for fire protection, which is actually similar to the absorbent powder found in your kid’s disposable diapers. 

Lorsque ces gels sont mélangés Lorsqu'ils sont mélangés à de l'eau et pulvérisés sur une structure, par exemple votre maison, ils gonflent et forment une substance collante et épaisse. Cette substance s'accroche à l'extérieur de la surface et produit un bouclier humide. 

En raison des conditions extrêmement sèches et des températures élevées qui règnent autour des incendies de forêt et qui provoquent l'évaporation rapide de l'eau enfermée dans un gel, les chercheurs de Stanford ont également incorporé des particules de silice à un polymère à base de cellulose.  

So, when the gels are subjected to heat and water evaporates, these silica particles are left behind and assembled into a foam. The foam is highly insulative, preventing heat transfer. By spreading the heat, it “completely” protects the surface below it.

“This environmentally conscious breakthrough surpasses current commercial solutions, offering a superior and scalable defense against wildfires.”

– Changxin Dong, the study’s lead author

Pour évaluer le nouveau gel, les chercheurs ont appliqué plusieurs formulations sur des morceaux de contreplaqué qu'ils ont ensuite exposés à une flamme directe. La flamme du chalumeau à gaz brûle à une température nettement plus élevée que celle des feux de forêt. 

Les tests ont révélé que la composition la plus efficace de l'équipe a duré plus de sept minutes avant que les pièces de contreplaqué ne commencent à se carboniser. Cette durée est bien supérieure à celle d'un gel hydrophile disponible dans le commerce, qui a duré moins de 90 secondes lorsqu'il a été testé de la même manière. 

“Traditional gels don’t work once they dry out,” said Appel, noting that unlike them, their gel continues to protect the surfaces it is applied to after all the water has evaporated and, when the fire is gone, can also be easily washed away.

While the team achieved initial success several years ago, it took a lot of engineering to optimize the formulation. Being made from non-toxic components also means it is “safe for both people and the environment,” said Appel. Additionally, the polymer in the gel easily breaks down by the soil microbes.

Tandis que il peut être nécessaire de procéder à une optimisation supplémentaireAppel espère réaliser une application et une évaluation à l'échelle pilote de ces gels. Cela permettra à Appel et à l'équipe pour commencer les utiliser pour protéger infrastructures critiques en cas d'incendie passe par.

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Entreprises impliquées dans la protection contre l'incendie et la science des matériaux

Étant donné qu'il est essentiel de disposer de solutions efficaces, un certain nombre d'entreprises sont impliquées dans divers aspects des solutions d'atténuation des incendies de forêt.

Par exemple, PPG Industries et Sherwin-Williams proposent des revêtements de protection contre les incendies, tandis qu'Ecolab se concentre principalement sur l'eau, l'hygiène et les solutions de prévention des infections, bien qu'elle fournisse également des services d'incendie et de secours à une variété d'industries.

Voyons maintenant plus en détail quelques grands noms :

#1. Société 3M 

3M produit une variété de produits de protection contre les incendies, y compris des gels et des mousses de lutte contre les incendies. Cette entreprise technologique diversifiée est également active dans les domaines suivants : abrasifs, systèmes de masquage, marchés électriques, sécurité personnelle, granulés pour toitures, adhésifs industriels, produits de pulvérisation de peinture, matériaux avancés, automobile et aérospatiale, solutions commerciales, matériaux d'affichage, et bien d'autres encore.

Avec une capitalisation boursière de 72,3 milliards de dollars, l'action 3M se négocie actuellement à 131,43 dollars, en hausse de 20,391 points depuis le début de l'année. Son BPA (TTM) est de 1,40, avec un ratio P/E (TTM) de 93,93 et un rendement du dividende de 2,13%.

Pour le deuxième trimestre 2024, l'entreprise rapporté Le chiffre d'affaires ajusté s'élève à 1,4 milliard de dollars, en baisse de 0,51 milliard de dollars en glissement annuel, tandis que le flux de trésorerie d'exploitation s'élève à 1,4 milliard de dollars. Le bénéfice par action (GAAP) des activités poursuivies s'élève à 1,4T2,17, en hausse de 1171T3T par rapport à l'année précédente. Le BPA ajusté a également augmenté de 39% en glissement annuel pour atteindre $1,93, tandis que $786 mln a été versée aux actionnaires par le biais de dividendes et de rachats d'actions.

“We delivered another strong quarter with adjusted earnings growth up double-digits and robust cash generation.”

– 3M CEO William Brown

Il a également indiqué que l'accent était mis sur le déploiement efficace du capital, l'amélioration des performances opérationnelles et une croissance organique soutenue du chiffre d'affaires.

#2. Dow Inc.

Dow est impliqué dans la production de des matériaux avancés tels que les polymères superabsorbants utilisés dans les hydrogels. L'entreprise propose également une variété de produits pour la résistance au feu, including DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, qui est un produit d'étanchéité à base de silicone qui peut aider à prévenir la propagation de la fumée et des flammes entre les joints de sol. Dow est également présent dans les secteurs de l'emballage, de l'énergie et des solutions pour les consommateurs.

With a market cap of $37.5 billion, Dow shares are currently trading at $53.51, down 2.43% YTD. The company’s EPS (TTM) is 1.62, its P/E (TTM) ratio is 33.11, and its dividend yield is 5.23%.

Pour le deuxième trimestre 2024, Dow rapporté Les ventes nettes se sont élevées à 1,4 milliard de tonnes, soit une baisse de 41,3 milliards de tonnes en glissement annuel, tandis que les ventes ont augmenté de 11,3 milliards de tonnes, grâce à des gains dans le secteur des matériaux de performance et des revêtements. Le flux de trésorerie provenant des opérations a été de 1,4 milliard de tonnes, tandis que le flux de trésorerie disponible a été de 1,4 milliard de tonnes, ce qui a permis à Dow de restituer 1,4 milliard de tonnes à ses actionnaires. Ses bénéfices sur fonds propres ont augmenté de 1,4 milliard de dollars en séquentiel. Le bénéfice par action (GAAP) s'est élevé à 1T4T0,62, tandis que le bénéfice par action opérationnel s'est élevé à 1T4T0,68.

“The pace of the global macroeconomic recovery has been slower than expected. We remain focused on working capital, reducing costs, and matching our operating rates to current demand. We’re innovating with our customers.”

– Dow Inc. CEO Jim Fitterling 

Conclusion

The uncontrolled burn of vegetation (i.e., wildfires) continues to cause havoc globally. Last year, wildfires that swept Canada’s woodlands reportedly released 647 mégatonnes of greenhouse gases—more than what the seven largest emitting countries do annually. Then there’s the fact that nearly 80 millions de biens aux États-Unis sont exposées au risque d'incendie de forêt.

Les incendies de forêt continuant à poser de graves risques, il est urgent de poursuivre la recherche, l'innovation et les avancées cruciales, telles que les hydrogels mis au point par les scientifiques de l'université de Stanford. Ces technologies peuvent contribuer à maintenir l'efficacité pendant les incendies et à préserver les habitations, les vies et les écosystèmes.

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