Xiulin Ruan, professeur d’ingénierie mécanique à l’université Purdue, présente l’échantillon de son laboratoire de la peinture la plus blanche jamais enregistrée.
Dans le but de freiner le réchauffement de la planète, les ingénieurs de l’université Purdue ont créé la peinture la plus blanche à ce jour. Selon les chercheurs, le fait de recouvrir les bâtiments de cette peinture pourrait un jour les refroidir suffisamment pour réduire le besoin de climatisation.
En octobre, l’équipe a créé une peinture ultrablanche qui a repoussé les limites de la blancheur de la peinture. Aujourd’hui, ils ont fait mieux. La nouvelle peinture est non seulement plus blanche, mais elle peut également garder les surfaces plus fraîches que la formulation que les chercheurs avaient précédemment démontrée.
« Si vous deviez utiliser cette peinture pour couvrir une surface de toit d’environ 91 m2, nous estimons que vous pourriez obtenir une puissance de refroidissement de 10 kilowatts. C’est plus puissant que les climatiseurs centraux utilisés dans la plupart des maisons », a déclaré Xiulin Ruan, professeur d’ingénierie mécanique à Purdue.
Une caméra infrarouge montre comment un échantillon de la peinture blanche la plus blanche (le carré violet foncé au milieu) refroidit réellement le tableau en dessous de la température ambiante, ce que même les peintures commerciales « rejetant la chaleur » ne font pas. (Purdue University/Joseph Peoples)
Les chercheurs pensent que ce blanc pourrait être l’équivalent le plus proche du noir le plus noir, le « Vantablack », qui absorbe jusqu’à 99,9 % de la lumière visible. La nouvelle formulation de la peinture la plus blanche reflète jusqu’à 98,1 % de la lumière du soleil – contre 95,5 % pour la précédente peinture ultrablanche des chercheurs – et renvoie en même temps la chaleur infrarouge d’une surface.
La peinture blanche commerciale typique se réchauffe au lieu de se refroidir. Les peintures disponibles sur le marché qui sont conçues pour rejeter la chaleur ne reflètent que 80 à 90 % de la lumière solaire et ne peuvent pas rendre les surfaces plus froides que leur environnement.
L’article de recherche de l’équipe montrant comment la peinture fonctionne est publié jeudi (15 avril) en couverture de la revue ACS Applied Materials & Interfaces.
Ce qui rend la peinture la plus blanche si blanche
Deux caractéristiques confèrent à la peinture son extrême blancheur. La première est la très forte concentration d’un composé chimique appelé sulfate de baryum, qui est également utilisé pour rendre le papier photo et les cosmétiques blancs.
« Nous avons examiné divers produits commerciaux, en fait tout ce qui est blanc », explique Xiangyu Li, chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology, qui a travaillé sur ce projet en tant qu’étudiant en doctorat à Purdue dans le laboratoire de Xiulin Ruan. « Nous avons découvert qu’en utilisant le sulfate de baryum, on peut théoriquement rendre les choses vraiment, vraiment réfléchissantes, ce qui signifie qu’elles sont vraiment, vraiment blanches. »
La deuxième caractéristique est que les particules de sulfate de baryum sont toutes de tailles différentes dans la peinture. La mesure dans laquelle chaque particule diffuse la lumière dépend de sa taille, de sorte qu’un éventail plus large de tailles de particules permet à la peinture de diffuser une plus grande partie du spectre lumineux du soleil.
« Une forte concentration de particules de tailles différentes confère à la peinture la diffusion spectrale la plus large, ce qui contribue à la réflectance la plus élevée », a déclaré Joseph Peoples, étudiant en doctorat en génie mécanique à Purdue.
Il y a un peu de marge pour rendre la peinture plus blanche, mais pas beaucoup sans compromettre la peinture.
« Bien qu’une concentration plus élevée de particules soit meilleure pour rendre quelque chose blanc, vous ne pouvez pas augmenter la concentration de manière excessive. Plus la concentration est élevée, plus il est facile pour la peinture de se casser ou de se décoller », a déclaré M. Li.
Comment la peinture la plus blanche est aussi la plus fraîche ?
La blancheur de la peinture signifie également que la peinture est la plus froide jamais enregistrée. À l’aide d’un équipement de lecture de la température de haute précision appelé thermocouple, les chercheurs ont démontré à l’extérieur que la peinture peut garder les surfaces 19 degrés Fahrenheit plus fraîches que leur environnement ambiant la nuit. Elle peut également refroidir les surfaces de 8 degrés Fahrenheit de moins que leur environnement sous un fort ensoleillement à midi.
La réflexion solaire de la peinture est si efficace qu’elle a même fonctionné en plein hiver. Lors d’un test en extérieur avec une température ambiante de 6,1 °C, la peinture a tout de même réussi à faire baisser la température de l’échantillon de 7,7 °C.
Cette peinture blanche est le résultat de six années de recherche qui s’appuient sur des tentatives remontant aux années 1970 pour mettre au point une peinture à refroidissement radiatif comme alternative possible aux climatiseurs traditionnels.
Le laboratoire de Xiulin Ruan a examiné plus de 100 matériaux différents, les a ramenés à 10 et a testé environ 50 formulations différentes pour chaque matériau. Leur précédente peinture ultrablanche était une formulation à base de carbonate de calcium, un composé naturel communément trouvé dans les roches et les coquillages.
Les chercheurs ont montré dans leur étude que, comme la peinture commerciale, leur peinture à base de sulfate de baryum peut potentiellement supporter les conditions extérieures. La technique que les chercheurs ont utilisée pour créer la peinture est également compatible avec le processus de fabrication des peintures commerciales.
Des demandes de brevet pour cette formulation de peinture ont été déposées auprès du bureau de commercialisation des technologies de la Fondation de recherche de Purdue. Cette recherche a été soutenue par le Cooling Technologies Research Center de l’université Purdue et par l’Air Force Office of Scientific Research par le biais du Defense University Research Instrumentation Program (subvention n° 427 FA9550-17-1-0368). Les recherches ont été effectuées au FLEX Lab et aux Ray W. Herrick Laboratories de Purdue, ainsi qu’au Birck Nanotechnology Center du Discovery Park de Purdue.
