Des fenêtres high-tech abordables pour le confort et les économies d'énergie

Imaginez que les fenêtres de votre maison ne transmettent pas la chaleur. Elles conserveraient la chaleur à l'intérieur en hiver et à l'extérieur lors d'une chaude journée d'été. Vos factures de chauffage et de climatisation diminueraient, votre consommation d'énergie et vos émissions de carbone diminueraient et vous seriez toujours à l'aise toute l'année.

AeroShield , une start-up issue du MIT, est sur le point de commencer à fabriquer ce type de fenêtres. Les activités de construction sont responsables de 36 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone et les fenêtres actuelles contribuent largement à l'inefficacité énergétique des bâtiments. Pour améliorer l'efficacité des bâtiments, AeroShield a développé une technologie de fenêtre qui promet de réduire les pertes de chaleur jusqu'à 65 %, réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie et les émissions de carbone dans les bâtiments. L'entreprise vient d'annoncer l'ouverture d'une nouvelle usine pour fabriquer ses fenêtres à haut rendement énergétique révolutionnaires.

« Notre mission est de décarboner l'environnement bâti », explique Elise Strobach, cofondatrice et PDG d'AeroShield. « La disponibilité de fenêtres abordables et à isolation thermique nous aidera à atteindre cet objectif tout en réduisant les factures de chauffage et de climatisation des propriétaires. » Selon le ministère américain de l'Énergie, pour la plupart des propriétaires, 30 % de cette facture résulte de l'inefficacité des fenêtres.

Développement technologique au MIT

Les recherches sur la technologie des fenêtres AeroShield ont commencé il y a dix ans dans le laboratoire du MIT d'Evelyn Wang, professeure d'ingénierie Ford, aujourd'hui en congé pour occuper le poste de directrice de l'Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E). Fin 2014, l'équipe du MIT a reçu un financement de l'ARPA-E, et d'autres sponsors ont suivi, notamment la MIT Energy Initiative par l'intermédiaire du MIT Tata Center for Technology and Design en 2016.

Les travaux se sont concentrés sur les aérogels, des matériaux remarquables qui sont ultra-poreux, plus légers qu’une guimauve, suffisamment solides pour supporter une brique et qui constituent une barrière inégalée contre le flux de chaleur. Les aérogels ont été inventés dans les années 1930 et utilisés par la NASA et d’autres comme isolant thermique. L’équipe du MIT a vu le potentiel d’intégrer des feuilles d’aérogel dans les fenêtres pour empêcher la chaleur de s’échapper ou de pénétrer dans les bâtiments. Mais il y avait un problème : personne n’était parvenu à rendre les aérogels transparents.

Un aérogel est constitué de particules de silice nanométriques transparentes et faiblement liées entre elles et est composé à 95 % d'air. Mais une feuille d'aérogel n'est pas transparente car la lumière qui la traverse est diffusée par les particules de silice.

Après cinq années de travaux théoriques et expérimentaux, l'équipe du MIT a déterminé que la clé de la transparence était d'avoir des particules de silice à la fois petites et de taille uniforme. Cela permet à la lumière de passer directement à travers, ce qui rend l'aérogel transparent. En effet, tant que la taille des particules est petite et uniforme, augmenter l'épaisseur d'une feuille d'aérogel pour obtenir une meilleure isolation thermique ne la rendra pas moins transparente.

Les équipes du laboratoire du MIT ont étudié diverses applications pour leurs aérogels transparents et super-isolants. Certaines se sont concentrées sur l’amélioration des capteurs solaires thermiques en rendant les systèmes plus efficaces et moins coûteux. Mais pour Strobach, l’augmentation de l’efficacité thermique des fenêtres semblait particulièrement prometteuse et potentiellement importante comme moyen de réduire le changement climatique.

Les chercheurs ont déterminé que des feuilles d’aérogel pouvaient être insérées dans l’espace entre les fenêtres à double vitrage, ce qui les rendrait plus de deux fois plus isolantes. Les fenêtres pourraient ensuite être fabriquées sur les lignes de production existantes avec des modifications mineures, et les fenêtres résultantes seraient abordables et aussi variées en termes de style que les options de fenêtres disponibles aujourd’hui. Mieux encore, une fois achetées et installées, les fenêtres réduiraient les factures d’électricité, la consommation d’énergie et les émissions de carbone.

L’impact sur la consommation énergétique des bâtiments pourrait être considérable. « Si l’on considère uniquement l’hiver, les fenêtres aux États-Unis perdent suffisamment d’énergie pour alimenter plus de 50 millions de foyers », explique Strobach. « Cette énergie gaspillée génère environ 350 millions de tonnes de dioxyde de carbone, soit plus que ce qu’émettent 76 millions de voitures. » Des fenêtres super isolantes pourraient aider les propriétaires de maisons et d’immeubles à réduire leurs émissions de dioxyde de carbone de plusieurs gigatonnes tout en économisant des milliards de dollars en frais de chauffage et de climatisation.

L'histoire d'AeroShield

En 2019, Strobach et ses collègues du MIT — Aaron Baskerville-Bridges MBA '20, SM '20 et Kyle Wilke PhD '19 — ont cofondé AeroShield pour développer et commercialiser davantage leur technologie à base d'aérogel pour les fenêtres et d'autres applications. Et au cours des cinq années suivantes, leur travail acharné a attiré l'attention, menant récemment à deux réalisations majeures.

Au printemps 2024, la société a annoncé l'ouverture de sa nouvelle usine pilote de fabrication à Waltham, dans le Massachusetts, où l'équipe produira, testera et certifiera ses premières fenêtres et portes-fenêtres pleine grandeur pour le lancement initial du produit. L'installation de 12 000 pieds carrés augmentera considérablement les capacités de l'entreprise, avec des laboratoires de R&D sur les aérogels de pointe, des équipements de fabrication, des chaînes de montage et des équipements de test. Selon Strobach, « notre usine pilote approvisionnera les fabricants de fenêtres et de portes lors du lancement de nos premiers produits et servira également de siège de recherche et développement pendant que nous développons la prochaine génération de produits écoénergétiques utilisant des aérogels transparents. »

https://news.mit.edu/2024/affordable-high-tech-windows-comfort-energy-savings-aeroshield-0916