Les fenêtres intelligentes pourraient être la prochaine grande innovation en matière de chauffage renouvelable

La demande mondiale en énergie continue de grimper en flèche à mesure que les villes se développent, que la technologie progresse et que les industries se développent. Les bâtiments représentent environ 30 à 40 % du total, soit plus encore que l’industrie ou les transports. Cette demande provient en grande partie des systèmes de chauffage, de refroidissement et de ventilation, la climatisation étant particulièrement gourmande en énergie.

Les fenêtres constituent une part importante du problème. Elles laissent échapper la chaleur en hiver et entrer en été, forçant les systèmes de chauffage à consommer plus d'énergie et à augmenter les émissions. Le défi consiste à contrôler ce transfert de chaleur sans compromettre la transparence des fenêtres et la quantité de lumière naturelle qu'elles laissent entrer, deux éléments essentiels au bien-être et à la productivité des personnes .

La réponse réside dans les fenêtres intelligentes. La plupart des versions actuellement disponibles sur le marché sont dites électrochromiques (EC), ce qui signifie qu'elles fonctionnent en appliquant de l'électricité par simple pression sur un bouton sur des couches de particules ou de cristaux à l'intérieur du verre.

Cela provoque une transformation moléculaire réversible qui rend la fenêtre opaque ou sombre, selon le produit. Cela bloque la majeure partie de la lumière infrarouge , qui est à l'origine de la chaleur inconfortable des pièces. Cela réduit considérablement le besoin de climatisation dans les pays chauds, en gardant environ 60 à 70 % de la chaleur à l'extérieur aux températures maximales. Ils peuvent également réduire la perte de chaleur des pièces d'environ 40 % par temps plus froid.

Depuis quelques années, ces fenêtres se vendent plutôt bien, tant pour les propriétés commerciales que résidentielles. Le marché mondial total en 2023 est estimé à 6,6 milliards de dollars américains (5,2 milliards de livres sterling).

Elles présentent toutefois plusieurs limites importantes. Bien que les fenêtres ne consomment pas beaucoup d'énergie, elles ne fonctionnent qu'avec une source d'énergie. Cela peut s'avérer difficile dans les endroits éloignés ou où l'électricité n'est pas fiable. Et dans la mesure où les options renouvelables du réseau ne sont pas disponibles, les utilisateurs doivent installer une alternative comme des panneaux solaires pour rendre ces fenêtres neutres en carbone.

Avec de nombreuses variantes (bien qu'il existe des exceptions) , vous ne pouvez basculer qu'entre une restriction totale et une transparence totale. Cela signifie que vous perdez les avantages d'avoir des fenêtres lorsqu'il fait chaud et que les pièces auront probablement besoin d'un éclairage artificiel. Et comme mentionné précédemment, les fenêtres EC font un excellent travail pour empêcher la chaleur de pénétrer dans les pays chauds, mais elles sont un peu plus limitées dans les climats plus froids.

L'avenir est thermochromique

Une autre alternative qui permet au moins de se passer d'électricité est la photochromie. Ces lunettes utilisent une couche de minuscules cristaux d'halogénure d'argent ou de composés connus sous le nom de naphtopyranes, qui réagissent tous deux à l'augmentation des niveaux de lumière ultraviolette (UV), ce qui provoque la coloration du verre dans des conditions de forte luminosité. C'est exactement le même matériau que celui utilisé dans les lunettes de soleil photoréactives.

Par rapport aux fenêtres EC, elles présentent l'avantage supplémentaire de créer une barrière contre les rayons UV. Les rayons UV sont non seulement cancérigènes, mais endommagent également tout, des meubles aux peintures en passant par les revêtements EC.

Cependant, les fenêtres photochromiques sont très chères, du moins si elles utilisent de l'argent. Elles sont très sensibles aux intempéries, ce qui peut réduire leur fiabilité par temps nuageux ou pluvieux. Elles ne bloquent pas aussi bien la lumière infrarouge et n'ont pas de commande manuelle, elles sont donc plus utiles pour l'intimité que pour réguler la température des pièces.

Beaucoup diront qu'une troisième variante de fenêtre intelligente plus prometteuse pour l'avenir est celle dite thermochromique , qui utilise un revêtement de particules qui réagissent à la température plutôt qu'à la lumière. Là encore, cela signifie qu'il n'y a pas besoin d'électricité.

Elles sont beaucoup moins chères que les fenêtres photochromiques, bloquent toujours les rayons UV et ont le potentiel d'être comparables aux fenêtres EC en matière de blocage des infrarouges. Elles peuvent également se teinter progressivement plus foncées à mesure que les températures extérieures augmentent, ce qui signifie que vous pouvez avoir des fenêtres plus transparentes que celles avec les produits EC on/off.

Mais si le verre thermochromique existe déjà, il n'est pas encore possible de l'utiliser pour les fenêtres. En effet, les couches de dioxyde de vanadium des versions actuelles ne réfléchissent complètement les infrarouges qu'à environ 67 °C, soit une température bien supérieure à la température la plus élevée jamais enregistrée au monde.

De nombreux chercheurs du monde entier cherchent à améliorer le verre thermochromique. C'est le cas d'un projet mené à l'Institut de l'environnement et du développement durable de l'Université d'Exeter, qui consiste en partie à tester d'autres revêtements pour essayer d'en trouver un qui soit efficace pour réduire la lumière infrarouge à des températures extérieures plus réalistes.

Ils étudient également la possibilité de combiner ce procédé avec d'autres types de fonctionnalités qui existent déjà dans d'autres variétés de verre thermochromique, en plus de celles qui peuvent réfléchir la lumière infrarouge. Il s'agit notamment de rendre les fenêtres plus utiles dans les climats plus froids en leur permettant de fonctionner comme un isolant lorsque les températures sont basses afin que les pièces ne perdent pas leur chaleur vers l'extérieur, et également de stocker de l'énergie afin de pouvoir l'utiliser pour aider à chauffer les pièces.

Il est difficile de prévoir un calendrier précis, mais peut-être que d'ici cinq ou dix ans, ce type de recherche devrait permettre de commercialiser des fenêtres intelligentes qui seront tout aussi utiles dans les pays froids, de jour comme de nuit. C'est la clé du déploiement généralisé d'un type de fenêtre unique dans le monde.

Cela devrait avoir une incidence significative non seulement sur les besoins en climatisation, mais aussi sur les besoins en chauffage et en radiateurs. Je pense qu’en installant cinq fenêtres intelligentes dans un appartement situé dans un pays plus froid, les propriétaires pourraient réduire le nombre de radiateurs de cinq à deux. Outre les bâtiments, ces technologies pourraient également être utilisées dans les avions et les voitures.

En attendant, tout porte à croire que le marché des fenêtres à commande électrique, en particulier, continue de croître. Selon une projection , il devrait encore augmenter de près de 4 milliards de dollars, soit environ 60 %, d’ici 2028. Avec un bon dosage de succès de la recherche et de soutien politique, tant dans les pays développés que dans les pays en développement, la prochaine génération de fenêtres intelligentes devrait alors être en mesure de poursuivre cette lancée et de faire une grande différence en matière d’émissions de carbone des bâtiments d’ici dix ou vingt ans.

https://www.exeter.ac.uk/research/institutes/esi/research/smart-composite-project

https://theconversation.com/smart-windows-could-be-the-next-big-thing-in-renewable-heating-245053