Les fenêtres à ombrage automatique s'appuient uniquement sur la puissance de la pomme de pin
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Les pommes de pin sont très astucieuses pour des êtres dépourvus de cerveau, à tel point que des scientifiques les ont copiées pour créer un système unique de protection solaire pour les fenêtres. Ce système bloque la lumière du soleil en été et la laisse passer en hiver, sans utiliser d'électricité.
Comme vous l'avez peut-être remarqué, les pommes de pin ferment leurs écailles par temps frais et humide, mais les déploient lorsqu'il fait chaud et sec à l'extérieur. Elles font cela pour s'assurer que leurs graines ne soient libérées et dispersées que lorsque le temps est chaud, ensoleillé et le plus propice à leur croissance.
Les cônes peuvent s'ouvrir et se fermer grâce à deux couches superposées de fibres de cellulose qui composent chaque écaille. Ces fibres sont alignées dans une direction sur une couche et dans une autre direction sur l'autre. Lorsqu'elles sont exposées à l'humidité, les deux couches gonflent en absorbant la vapeur d'eau, bien que la direction d'alignement des fibres les fasse gonfler dans des directions différentes.
Le résultat est qu'un côté de l'écaille s'étend longitudinalement tandis que l'autre côté se courbe, ce qui permet aux écailles de se refermer l'une sur l'autre dans des conditions humides. Lorsque le temps devient plus chaud et plus sec, les deux couches se rétractent et reviennent à leur état par défaut, ce qui permet aux écailles de s'ouvrir à nouveau.
Les composants d'une unité de fenêtre Solar Gate
Inspirés par ce mécanisme, des scientifiques des universités allemandes de Stuttgart et de Fribourg ont développé ce que l'on appelle le système de façade à fenêtre Solar Gate.
Il s'agit d'un ensemble quadrillé d'éléments auto-pliants inspirés des écailles de pommes de pin, logés entre deux vitres dans une unité de fenêtre à cadre en aluminium. Des évents dans le cadre permettent à l'air extérieur de circuler à travers l'unité, entre les vitres.
Chaque élément imprimé en 3D (techniquement imprimé en 4D ) est composé de trois couches.
Ce diagramme montre la couche inférieure de filaments de cellulose (A), la couche intermédiaire de filaments restrictifs (R) et la couche supérieure de filaments de liaison (M)
La couche inférieure est constituée de filaments côte à côte d'un mélange de poudre de cellulose et de thermoplastique. Ces filaments sont situés perpendiculairement à la direction de la courbure et gonflent lorsqu'ils sont exposés à l'humidité grâce à leur teneur en cellulose.
La couche intermédiaire est constituée de filaments côte à côte espacés, composés uniquement d'un autre type de thermoplastique, qui ne gonfle pas lorsqu'il est mouillé. Ces filaments sont disposés dans le sens de la courbure, ce qui les place à angle droit par rapport aux filaments de cellulose sous-jacents.
La couche supérieure est constituée d'un maillage de filaments biocomposites flexibles disposés en diagonale par rapport à la direction de la courbure. Leur seul but est de maintenir l'ensemble de l'élément en se liant aux deux autres couches.
Un regard attentif sur l'un des éléments de Solar Gate en cours d'impression 3D
Lorsque l'élément est exposé à l'air humide, les filaments de cellulose de la couche inférieure réagissent en gonflant/s'élargissant. Cependant, comme les filaments de la couche intermédiaire liés empêchent les filaments de cellulose de s'étendre vers le haut, ils ne peuvent s'étendre que vers le bas et vers les deux côtés.
L'expansion asymétrique qui en résulte provoque l'enroulement de l'élément vers le haut. Lorsqu'il sèche, il revient à son état aplati.
Une unité de fenêtre Solar Gate dans ses deux états de blocage du soleil (à gauche) et « ouvert au soleil »
Lors d'un test de cette technologie, un total de 424 éléments Solar Gate (contenus dans huit unités de fenêtre) ont été placés dans la lucarne orientée au sud d'un bâtiment de recherche sur le campus de l'Université de Fribourg pendant plus d'un an.
En effet, les éléments se sont recroquevillés pendant l'hiver frais et humide, permettant à la lumière du soleil de traverser et d'illuminer l'intérieur du bâtiment. Et pendant les mois d'été plus chauds et plus secs, les éléments se sont aplatis pour bloquer la lumière du soleil, contribuant ainsi à garder l'intérieur frais.
« Nous avons mis au point un système d'ombrage qui s'ouvre et se ferme de manière autonome en fonction des changements de temps, sans nécessiter d'énergie de fonctionnement ni d'éléments mécatroniques », explique le professeur Achim Menges de l'Université de Stuttgart. « La structure en biomatériau elle-même constitue la machine. »
Cette recherche est décrite dans un article récemment publié dans la revue Nature Communications . Les lecteurs doivent cependant noter que ce n'est pas la première fois que des scientifiques exploitent la « puissance des pommes de pin » pour l'utiliser dans la technologie humaine.
https://www.uni-stuttgart.de/en/university/news/all/Bioinspired-weather-responsive-adaptive-shading