Des gels pulvérisables pourraient protéger les bâtiments en cas d’incendies de forêt

Le changement climatique crée des conditions plus chaudes et plus sèches, ce qui entraîne des saisons d’incendie plus longues et des feux de forêt plus importants et plus fréquents. Ces dernières années, des incendies de forêt catastrophiques ont détruit des habitations et des infrastructures, causé des pertes dévastatrices en vies humaines et en moyens de subsistance pour les personnes vivant dans les zones touchées, et endommagé les ressources naturelles et l’économie. Nous avons besoin de nouvelles solutions pour lutter contre les incendies de forêt et protéger les zones concernées des dommages.

Des chercheurs de Stanford ont développé un gel améliorant la qualité de l’eau qui pourrait être pulvérisé sur les maisons et les infrastructures essentielles pour les empêcher de brûler lors d’incendies de forêt.

L’étude, publiée le 21 août dans Matériaux avancésmontre que les nouveaux gels durent plus longtemps et sont nettement plus efficaces que les gels commerciaux existants.

« Dans des conditions typiques d’incendie de forêt, les gels actuels améliorant la teneur en eau sèchent en 45 minutes », a déclaré Eric Appel, professeur associé de science des matériaux et d’ingénierie à l’École d’ingénierie, qui est l’auteur principal de l’article.

« Nous avons développé un gel dont la fenêtre d’application est plus large : vous pouvez le pulvériser plus longtemps avant l’incendie tout en bénéficiant de la protection. Il fonctionnera mieux lorsque l’incendie se déclare. »

Protection longue durée

Les gels hydrofuges sont fabriqués à partir de polymères superabsorbants, similaires à la poudre absorbante que l’on trouve dans les couches jetables. Mélangés à de l’eau et pulvérisés sur un bâtiment, ils gonflent et forment une substance gélatineuse qui adhère à l’extérieur de la structure, créant ainsi un bouclier épais et humide.

Mais les conditions à proximité d’un feu de forêt sont extrêmement sèches : les températures peuvent être proches de 100 degrés, avec des vents violents et une humidité de zéro pour cent, et même l’eau emprisonnée dans un gel s’évapore assez rapidement.

Dans le gel conçu par Appel et ses collègues, l’eau n’est que la première couche de protection. En plus d’un polymère à base de cellulose, le gel contient des particules de silice, qui restent en place lorsque les gels sont soumis à la chaleur.

« Nous avons découvert un phénomène unique où un hydrogel souple et spongieux se transforme en douceur en un bouclier d’aérogel robuste sous l’effet de la chaleur, offrant une protection améliorée et durable contre les incendies de forêt. Cette avancée respectueuse de l’environnement surpasse les solutions commerciales actuelles, offrant une défense supérieure et évolutive contre les incendies de forêt », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Changxin « Lyla » Dong.

« Lorsque l’eau bout et que toute la cellulose brûle, il reste des particules de silice assemblées en une mousse », explique Appel. « Cette mousse est hautement isolante et finit par disperser toute la chaleur, protégeant ainsi complètement le substrat qui se trouve en dessous. »

La silice forme un aérogel, une structure solide et poreuse qui est un isolant particulièrement efficace. Des aérogels de silice similaires sont utilisés dans les applications spatiales car ils sont extrêmement légers et peuvent empêcher la plupart des méthodes de transfert de chaleur.

Les chercheurs ont testé plusieurs formules de leur nouveau gel en les appliquant sur des morceaux de contreplaqué et en les exposant à la flamme directe d’un chalumeau à gaz, qui brûle à une température considérablement plus élevée qu’un feu de forêt.

Leur formule la plus efficace a duré plus de sept minutes avant que la planche ne commence à carboniser. Lorsqu’ils ont testé de la même manière un gel améliorant la résistance à l’eau disponible dans le commerce, il a protégé le contreplaqué pendant moins de 90 secondes.

« Les gels traditionnels ne fonctionnent plus une fois qu’ils sont secs », a déclaré Appel. « Nos matériaux forment un aérogel de silice lorsqu’ils sont exposés au feu, qui continue de protéger les substrats traités après l’évaporation de toute l’eau. Ces matériaux peuvent être facilement éliminés une fois le feu éteint. »

Une découverte fortuite

Les nouveaux gels s’appuient sur les travaux antérieurs d’Appel en matière de prévention des incendies de forêt. En 2019, Appel et ses collègues ont utilisé ces mêmes gels comme véhicule pour maintenir les produits ignifuges de forêt sur la végétation pendant des mois. La formulation était destinée à aider à prévenir l’inflammation dans les zones sujettes aux incendies de forêt.

« Nous travaillons avec cette plateforme depuis des années maintenant », a déclaré Appel. « Ce nouveau développement est un peu le fruit du hasard : nous nous demandions comment ces gels se comporteraient seuls, alors nous en avons simplement écrasé quelques-uns sur un morceau de bois et l’avons exposé aux flammes d’une torche que nous avions posée dans le laboratoire. Nous avons observé ce résultat super cool : les gels se sont gonflés pour former une mousse d’aérogel. »

Après ce premier succès, il a fallu plusieurs années de développement technique pour optimiser la formule. Elle est désormais stable au stockage, facilement pulvérisable avec un équipement standard et adhère bien à tous les types de surfaces. Les gels sont fabriqués à partir de composants non toxiques dont l’utilisation a déjà été approuvée par le Service forestier américain, et les chercheurs ont mené des études pour montrer qu’ils sont facilement décomposés par les microbes du sol.

« Ils sont sans danger pour les personnes et pour l’environnement », a déclaré Appel. « Il faudra peut-être procéder à des optimisations supplémentaires, mais j’espère que nous pourrons procéder à une application et une évaluation à l’échelle pilote de ces gels afin de pouvoir les utiliser pour aider à protéger les infrastructures critiques en cas d’incendie. »