Durabilité
Protection contre les incendies de forêt – Faire progresser les solutions avec des ‘Hydrogels biomimétiques activables par la chaleur’
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Les incendies de forêt deviennent de plus en plus graves et destructeurs partout dans le monde. En 2023, près de 12 millions d’hectares ont été brûlés, établissant un nouveau record, 24 % plus élevé que le précédent. Cela a fait de 2023 l’année la pire pour les feux de forêt mondiaux, 2021 se classant au troisième rang et 2020 au quatrième.
Cela montre clairement : les incendies de forêt catastrophiques deviennent plus graves, de plus en plus fréquents et répandus. Cette tendance est évidente aux États‑Unis, en Europe et en Australie.
Le changement climatique aggrave davantage la catastrophe des incendies de forêt en intensifiant les vagues de chaleur et les sécheresses, qui créent des conditions sèches et chaudes favorisant le déclenchement et la propagation des incendies.
C’est extrêmement préoccupant, car ces incendies ajoutent chaque année entre 5 et 8 milliards de tonnes de dioxyde de carbone. De plus, les feux de forêt entraînent désormais la perte d’environ 6 millions d’hectares supplémentaires de couvert forestier chaque année par rapport à 2001. En outre, les incendies représentent aujourd’hui 33 % de toute perte de couvert forestier, contre 20 % il y a deux décennies.
En plus de tout cela, les incendies de forêt affectent les 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 déplacées de façon permanente de leurs foyers.
Dans l’ensemble, les incidents d’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 capables d’améliorer les efforts de gestion des incendies, de contrôler les feux dans les milieux sauvages et de protéger les zones des dommages.
Méthodes de protection contre le feu : gels, mousses et retardateurs
Il existe plusieurs systèmes chimiques de lutte contre les feux de végétation afin de réduire le risque d’allumage et de protéger les habitations et les infrastructures. Ces systèmes sont classés par le Service forestier des États‑Unis comme :
- Gels augmentant l’eau
- Mousses suppressives
- Retardateurs à long terme
Les retardateurs à long terme sont généralement distribués par avion sur les paysages cibles après une dilution complète dans l’eau. Leurs effets retardants sont produits par des produits chimiques tels que les phosphates d’ammonium qui ont la capacité de résister à la combustion ou de ralentir la propagation du feu. L’efficacité de ces retardateurs dure tant que le résidu chimique reste sur la végétation.
Quant aux gels augmentant l’eau et aux mousses suppressives, ils fonctionnent tous deux comme des agents extincteurs à court terme. Ces solutions ne peuvent résister au feu que tant qu’il y a de l’eau, ce qui signifie qu’une fois que celle‑ci s’évapore des matériaux appliqués, la résistance au feu est également perdue.
Parmi ceux‑ci, les gels augmentant l’eau se sont révélés exceptionnellement efficaces pour protéger les infrastructures.
Les gels augmentant l’eau sont généralement composés de polymères superabsorbants qui ont la capacité de retenir fortement l’eau ainsi que d’améliorer la mouillabilité de la surface. De cette façon, ces gels fonctionnent très bien comme agents extincteurs et barrières pour protéger les habitations et les infrastructures critiques dans les milieux sauvages.
Le gonflement du polymère augmente réellement l’épaisseur de la barrière d’eau, permettant un temps de rétention d’eau plus long. La capacité à retenir l’eau pendant 30 à 60 minutes rend ces types de gels très efficaces pour des attaques indirectes afin de protéger les habitations, les bâtiments et autres structures avant les incendies de forêt.
Contrairement aux gels, la mousse a un temps de rétention plus court, seulement 15 à 30 minutes, et ne peut pas offrir le même niveau de protection que les gels pour les attaques indirectes. Cela fait des gels augmentant l’eau une stratégie écologique et durable pour supprimer les feux de végétation.
Étant donné qu’ils fonctionnent si bien, de nombreux gels sont disponibles sur le marché, notamment Thermo‑Gel, un gel retardateur de feu populaire largement utilisé aux États‑Unis et au Canada et approuvé par les autorités. Il est utilisé tant par les propriétaires que par les équipes professionnelles de lutte contre les incendies. Le gel peut être appliqué sur les structures, la végétation et d’autres surfaces et reste efficace pendant plusieurs heures après l’application. Il peut être retiré à l’eau.
Barricade Fire Gel est un autre produit qui forme un revêtement de gel thermique épais pour protéger vos habitations, structures, véhicules et réservoirs de carburant des flammes. Il est mélangé à de l’eau pour offrir une protection anti‑feu totale et peut être pulvérisé jusqu’à 24 heures avant l’arrivée d’un incendie de forêt.
FireIce Shield fournit une couche protectrice pour prévenir les dommages causés par l’allumage, la combustion ou le carbonisation. No‑Burn Original Fire Gel, quant à lui, est un retardateur de feu à base d’eau qui peut être appliqué sur les surfaces où il forme une barrière résistant à l’allumage.
Gel innovant pour protéger les bâtiments pendant les incendies de forêt
Les gels augmentant l’eau ont tendance à incorporer des matériaux hydrogel. C’est parce que les hydrogels sont des polymères capables de retenir de grandes quantités d’eau, ce qui les rend efficaces pour former une barrière résistante au feu.
La structure polymère réticulée des hydrogels, qui les rend insolubles, est ce qui leur permet d’absorber et de retenir efficacement d’importantes quantités d’eau. Cette capacité incroyable à stocker de l’eau permet d’augmenter la durée de refroidissement et d’humidification lorsque le gel est appliqué sur des surfaces comme la végétation.
Bien qu’ils constituent une alternative attrayante aux mousses suppressives et aux retardateurs traditionnels à long terme, les hydrogels sont limités à une fenêtre d’application très courte pendant les conditions météorologiques typiques des incendies de forêt.
Le problème est que ces matériaux sèchent rapidement et perdent en efficacité sous le vent et la chaleur intense, typiques des conditions d’incendie de forêt. Cela limite fortement l’utilisation pratique des hydrogels et augmente en outre le risque pour ceux qui les appliquent.
Source: Stanford Report
Pour remédier à cette limitation, des chercheurs de Stanford ont développé un gel augmentant l’eau afin d’aider à empêcher les habitations et les infrastructures critiques d’être brûlées par les incendies de forêt, avec des résultats bien meilleurs que les solutions actuellement disponibles. Selon le co‑auteur principal Eric Appel, professeur associé de science et génie des matériaux à l’École d’ingénierie :
« Dans des conditions d’incendie de forêt typiques, les gels augmentant l’eau actuels sèchent en 45 minutes. »
Publié il y a quelques semaines dans Advanced Materials, la nouvelle recherche a présenté une plateforme d’hydrogel augmentant l’eau qui se transforme en aérogel de silice, un matériau suscitant beaucoup d’intérêt dans le monde scientifique et technologique.
L’aérogel de silice est connu pour sa transparence optique, sa grande surface et sa faible conductivité thermique, mais surtout pour sa faible densité apparente, avec jusqu’à 95 % de son volume constitué d’air.
L’aérogel de silice résultant dans la dernière étude présentait des propriétés isolantes exceptionnelles lors de l’activation thermique, ce qui aide à élargir la fenêtre efficace de protection de la surface contre l’allumage.
Selon l’étude, ces matériaux affichent des propriétés de barrière améliorées de plus de 5 fois par rapport aux produits à base de gels augmentant l’eau actuellement commercialisés sur le marché.
Les chercheurs ont formé ces hydrogels via des interactions polymère‑particule (PP) entre des chaînes cellulosiques (biopolymères) et des particules de silice colloïdale. Les interactions PP se sont avérées jouer un rôle clé dans la création d’un bouclier aérogel isolant thermique efficace lors de l’évaporation de l’eau.
Selon l’étude, l’eau contenue dans ces matériaux se perd rapidement lorsqu’elle est exposée à la flamme, ce qui conduit à la formation d’un réseau solide de silice robuste. Ce réseau agit comme une barrière physique solide contre le feu.
Prolonger l’efficacité protectrice, selon les auteurs, est ce qui différencie leur matériau des autres technologies de suppression des incendies de forêt. Et c’est ce qui, selon l’étude, comblera efficacement une lacune dans notre capacité à combattre les incendies de forêt et à protéger les infrastructures critiques.
Tests et optimisation du nouveau gel anti‑feu
Financé par la National Science Foundation ainsi que par la Gordon & Betty Moore Foundation et les Schmidt Science Fellows, l’étude de l’Université Stanford a réussi à 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.
Disposer d’une fenêtre d’application plus large signifie que l’on peut pulvériser le gel avant l’incendie et bénéficier de sa protection. Et lorsque le feu arrive, il devrait fonctionner encore mieux.
La nouvelle plateforme est en cours de développement depuis des années. En 2019, le même gel a été utilisé par Appel et son équipe pour maintenir les retardateurs d’incendie sur la végétation pendant longtemps.
Qualifiant ce nouveau développement de « fortuit », Appel a expliqué qu’ils étaient curieux du comportement de ces gels isolés. Ils en ont donc mis sur du bois puis ont utilisé une torche du laboratoire pour les exposer aux flammes. Cela a donné un « résultat super cool » : le gel s’est gonflé pour former une mousse d’aérogel.
Le fait est que les gels augmentant l’eau utilisent des polymères superabsorbants pour la protection contre le feu, ce qui est en réalité similaire à la poudre absorbante que l’on trouve dans les couches jetables pour enfants.
Lorsque ces gels sont mélangés à de l’eau puis pulvérisés sur une structure, par exemple votre maison, ils gonflent pour devenir une substance collante et épaisse. Cette substance adhère à la surface extérieure et crée un bouclier humide.
En raison des conditions extrêmement sèches et à haute température autour des incendies de forêt, qui font évaporer rapidement l’eau enfermée dans le gel, les chercheurs de Stanford ont également incorporé des particules de silice aux côtés d’un polymère à base de cellulose.
Ainsi, lorsque les gels sont exposés à la chaleur et que l’eau s’évapore, ces particules de silice restent et s’assemblent en une mousse. Cette mousse est hautement isolante, empêchant le transfert de chaleur. En diffusant la chaleur, elle protège « complètement » la surface en dessous.
« Cette percée respectueuse de l’environnement dépasse les solutions commerciales actuelles, offrant une défense supérieure et évolutive contre les incendies de forêt. »
– Changxin Dong, auteur principal de l’étude
Pour évaluer le nouveau gel, les chercheurs ont appliqué plusieurs formulations sur des morceaux de contreplaqué puis les ont exposés à une flamme directe. La flamme du chalumeau à gaz brûle à une température nettement supérieure à celle des feux de végétation.
Les tests ont révélé que la composition la plus efficace de l’équipe a duré plus de sept minutes avant que les morceaux de contreplaqué ne commencent à carboniser. C’est bien plus longtemps que les moins de 90 secondes obtenues avec un gel augmentant l’eau disponible dans le commerce testé de la même manière.
« Les gels traditionnels ne fonctionnent plus une fois qu’ils sont secs, » a déclaré Appel, soulignant que, contrairement à eux, leur gel continue de protéger les surfaces auxquelles il est appliqué après l’évaporation complète de l’eau et, une fois le feu éteint, peut également être facilement lavé.
Bien que l’équipe ait obtenu un succès initial il y a plusieurs années, il a fallu beaucoup d’ingénierie pour optimiser la formulation. Le fait qu’il soit composé d’ingrédients non toxiques signifie également qu’il est « sans danger pour les personnes et l’environnement, » a déclaré Appel. De plus, le polymère du gel se décompose facilement grâce aux microbes du sol.
Bien qu’il puisse être nécessaire d’optimiser davantage, Appel espère réaliser une application pilote à grande échelle et une évaluation de ces gels. Cela permettra à Appel et à son équipe de commencer à les utiliser pour protéger les infrastructures critiques lorsqu’un feu se déclare.
Entreprises impliquées dans la protection contre le feu & science des matériaux
Étant donné l’importance d’avoir des solutions efficaces, plusieurs entreprises sont impliquées dans divers aspects des solutions d’atténuation des incendies de forêt.
Par exemple, PPG Industries (PPG ) et Sherwin-Williams (SHW ) proposent des revêtements de protection contre le feu, tandis qu’Ecolab se concentre principalement sur les solutions d’eau, d’hygiène et de prévention des infections, bien qu’elle fournisse également des services d’incendie et de secours à divers secteurs.
Examinons maintenant de plus près quelques noms de premier plan :
#1. 3M Company
3M fabrique une variété de produits de protection contre le feu, y compris des gels et des mousses de lutte contre les incendies. Cette entreprise technologique diversifiée intervient également dans les abrasifs, les systèmes de masquage, les marchés électriques, la sécurité personnelle, les granulés de toiture, les adhésifs industriels, les produits de pulvérisation de peinture, les matériaux avancés, l’automobile et l’aérospatiale, les solutions commerciales, les matériaux d’affichage, et plus encore, en plus d’une recherche et développement intensive pour créer de meilleurs produits et solutions.
MMM Graphique du prix
Avec une capitalisation boursière de 72,3 milliards de dollars, les actions 3M se négocient actuellement à 131,43 $, en hausse de 20,39 % 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 a déclaré 6,3 milliards de dollars de ventes ajustées, en baisse de 0,5 % d’une année sur l’autre, tandis que le flux de trésorerie d’exploitation était de 1 milliard de dollars. Le BPA GAAP des activités continues était de 2,17 $, en hausse de 117 % d’une année sur l’autre. Le BPA ajusté a également augmenté de 39 % d’une année sur l’autre pour atteindre 1,93 $, tandis que 786 millions de dollars ont été versés aux actionnaires sous forme de dividendes et de rachats d’actions.
« Nous avons réalisé un autre trimestre solide avec une croissance du bénéfice ajusté à deux chiffres et une génération de trésorerie robuste. »
– PDG de 3M William Brown
Il a également indiqué que leur priorité à l’avenir est de déployer efficacement le capital, d’améliorer la performance opérationnelle et de stimuler une croissance organique soutenue du chiffre d’affaires.
#2. Dow Inc.
Dow participe à la production de matériaux avancés tels que les polymères superabsorbants utilisés dans les hydrogels. L’entreprise propose également une variété de produits de résistance au feu, dont le DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, qui est un mastic silicone pouvant aider à prévenir la propagation de la fumée et des flammes entre les joints de plancher. Dow intervient également dans les solutions d’emballage, d’énergie et de consommation.
DOW Graphique du prix
Avec une capitalisation boursière de 37,5 milliards de dollars, les actions Dow se négocient actuellement à 53,51 $, en baisse de 2,43 % depuis le début de l’année. Le BPA (TTM) de l’entreprise est de 1,62, son ratio P/E (TTM) est de 33,11 et son rendement du dividende est de 5,23 %.
Pour le deuxième trimestre 2024, Dow a déclaré 10,9 milliards de dollars de ventes nettes, soit une baisse de 4 % d’une année sur l’autre, tandis que les ventes ont augmenté de 1 % grâce aux gains dans les matériaux de performance et les revêtements. Le flux de trésorerie d’exploitation était de 832 millions de dollars, tandis que le flux de trésorerie disponible était de 109 millions de dollars, permettant à Dow de reverser 691 millions de dollars à ses actionnaires. Son bénéfice en capitaux propres a augmenté de 9 millions de dollars de façon séquentielle. Le BPA GAAP était de 0,62 $, tandis que le BPA d’exploitation était de 0,68 $.
« Le rythme de la reprise macroéconomique mondiale a été plus lent que prévu. Nous restons concentrés sur le fonds de roulement, la réduction des coûts et l’ajustement de nos taux d’exploitation à la demande actuelle. Nous innovons avec nos clients. »
– Dow Inc. PDG Jim Fitterling
Conclusion
La combustion incontrôlée de la végétation (c’est‑à‑dire les incendies de forêt) continue de semer le chaos à l’échelle mondiale. L’année dernière, les incendies qui ont ravagé les forêts du Canada auraient libéré 647 méga‑tonnes de gaz à effet de serre—plus que ce que les sept plus grands pays émetteurs produisent chaque année. De plus, près de 80 millions de propriétés aux États‑Unis sont menacées par les incendies de forêt.
Alors que les incendies de forêt continuent de représenter des risques graves, il est impératif de poursuivre la recherche, l’innovation et les avancées critiques, comme les hydrogels développés par les scientifiques de l’Université Stanford. Ces technologies peuvent aider à maintenir leur efficacité pendant les incendies de forêt et à protéger les habitations, les vies et les écosystèmes.
