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27 Mar, 2023

Des films colorés pourraient aider les bâtiments et les voitures à garder leur « sang-froid »

Des films colorés pourraient aider les bâtiments et les voitures à garder leur « sang-froid »

Un film bicouche coloré et texturé à base de matières végétales se refroidit lorsqu’il est au soleil.

Le souffle froid d’un climatiseur peut être un soulagement bienvenu lorsque les températures montent en flèche, mais les unités « A/C » nécessitent de grandes quantités d’énergie et peuvent laisser échapper de puissants gaz à effet de serre. Aujourd’hui, les scientifiques rapportent une alternative écologique – un film à base de plantes qui refroidit lorsqu’il est exposé au soleil et se décline dans une variété de textures et de couleurs vives et irisées. Le matériau pourrait un jour garder les bâtiments, les voitures et autres structures au frais sans nécessiter d’alimentation externe.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 est une réunion hybride qui se tiendra virtuellement et en personne du 26 au 30 mars.

« Pour fabriquer des matériaux qui restent plus frais que l’air qui les entoure pendant la journée, vous avez besoin de quelque chose qui reflète beaucoup de lumière solaire et ne l’absorbe pas, ce qui transformerait l’énergie de la lumière en chaleur », explique Silvia Vignolini, Ph. D., chercheur principal du projet. « Il n’y a que quelques matériaux qui ont cette propriété, et l’ajout de pigments de couleur annulerait généralement leurs effets de refroidissement », ajoute Silvia Vignolini.

Le refroidissement radiatif diurne passif (PDRC : Passive daytime radiative cooling) est la capacité d’une surface à émettre sa propre chaleur dans l’espace sans qu’elle soit absorbée par l’air ou l’atmosphère. Le résultat est une surface qui, sans utiliser d’énergie électrique , peut devenir plusieurs degrés plus froide que l’air qui l’entoure. Lorsqu’ils sont utilisés sur des bâtiments ou d’autres structures, les matériaux qui favorisent cet effet peuvent aider à limiter l’utilisation de la climatisation et d’autres méthodes de refroidissement à forte consommation d’énergie.

Certaines peintures et films actuellement en développement peuvent atteindre le PDRC, mais la plupart d’entre eux sont blancs ou ont une finition miroir, explique Qingchen Shen, Ph.D., qui présente le travail lors de la réunion. Silvia Vignolini et Shen sont tous deux à l’Université de Cambridge (Royaume-Uni). Mais un propriétaire d’immeuble qui voulait utiliser une peinture PDRC de couleur bleue n’aurait pas de chance – les pigments colorés, par définition, absorbent des longueurs d’onde spécifiques de la lumière du soleil et ne reflètent que les couleurs que nous voyons, provoquant des effets de réchauffement indésirables dans le processus.

Mais il existe un moyen d’obtenir de la couleur sans utiliser de pigments. Les bulles de savon, par exemple, montrent un prisme de différentes couleurs sur leurs surfaces. Ces couleurs résultent de la façon dont la lumière interagit avec les différentes épaisseurs du film de la bulle, un phénomène appelé couleur structurelle. Une partie de la recherche de Silvia Vignolini se concentre sur l’identification des causes derrière différents types de couleurs structurelles dans la nature. Dans un cas, son groupe a découvert que les nanocristaux de cellulose (CNC), dérivés de la cellulose présente dans les plantes, pouvaient être transformés en films irisés et colorés sans aucun pigment ajouté.

Il s’avère que la cellulose est également l’un des rares matériaux naturels pouvant favoriser le PDRC. Silvia Vignolini l’a appris après avoir entendu un exposé des premiers chercheurs à avoir créé un film de refroidissement. « J’ai pensé wow, c’est vraiment incroyable, et je n’ai jamais vraiment pensé que la cellulose pouvait faire ça. »

Dans des travaux récents, Shen et Vignolini ont superposé des matériaux CNC colorés avec un matériau de couleur blanche fabriqué à partir d’éthylcellulose, produisant un film PDRC bicouche coloré. Ils ont réalisé des films avec des couleurs bleues, vertes et rouges vibrantes qui, lorsqu’elles étaient placées sous la lumière du soleil, étaient en moyenne près de 40 F plus froides que l’air ambiant.

Un mètre carré de film a généré plus de 120 watts de puissance de refroidissement, rivalisant avec de nombreux types de climatiseurs résidentiels. L’aspect le plus difficile de cette recherche, dit Shen, a été de trouver un moyen de faire adhérer les deux couches – à elles seules, les films CNC étaient cassants et la couche d’éthylcellulose devait être traitée au plasma pour obtenir une bonne adhérence. Le résultat, cependant, était des films robustes et pouvant être préparés sur plusieurs mètres à la fois dans une chaîne de fabrication standard.

Depuis la création de ces premiers films, les chercheurs n’ont cessé d’améliorer leur aspect esthétique. En utilisant une méthode modifiée des approches précédemment explorées par le groupe, ils fabriquent des films de refroidissement à base de cellulose qui sont scintillants et colorés. Ils ont également ajusté le film d’éthylcellulose pour avoir des textures différentes, comme les différences entre les types de finitions en bois utilisées dans l’architecture et la décoration intérieure , explique Shen. Ces changements donneraient aux gens plus d’options lors de l’intégration des effets PDRC dans leurs maisons, entreprises, voitures et autres structures.

Les chercheurs prévoient maintenant de trouver des moyens de rendre leurs films encore plus fonctionnels. Selon Shen, les matériaux CNC peuvent être utilisés comme capteurs pour détecter les polluants environnementaux ou les changements météorologiques, ce qui pourrait être utile s’il est combiné avec le pouvoir de refroidissement de leurs films CNC-éthylcellulose. Par exemple, un PDRC de couleur cobalt sur la façade d’un bâtiment dans une zone urbaine dense en voitures pourrait un jour garder le bâtiment frais et incorporer des détecteurs qui alerteraient les responsables des niveaux plus élevés de molécules responsables du smog dans l’air.

https://techxplore.com/news/2023-03-cars-cool.html

https://www.acs.org/meetings/acs-meetings/spring-2023.html