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27 Mai, 2024

Plus transparent que le verre, un nouveau matériau rafraîchit les pièces et s’auto-nettoie

Plus transparent que le verre, un nouveau matériau rafraîchit les pièces et s’auto-nettoie

Des chercheurs du KIT mettent au point un métamatériau transparent pour une régulation efficace de la lumière et de la température dans les bâtiments. Refroidissement, transmission de la lumière et absence d’éblouissement : le nouveau matériau combine plusieurs propriétés uniques. (Photo : Gan Huang, KIT)

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) présentent un matériau à base de polymère aux propriétés uniques dans le dernier numéro de la revue Nature Communications. Ce matériau laisse pénétrer la lumière du soleil, maintient un climat intérieur plus confortable sans énergie supplémentaire et se nettoie comme une feuille de lotus.

Ce nouveau développement pourrait à l’avenir remplacer les composants en verre dans les murs et les toits. L’équipe de recherche a testé avec succès le matériau lors d’essais en extérieur sur le campus du KIT.  Maximiser la lumière naturelle dans les bâtiments est une pratique courante qui permet de réaliser des économies d’énergie. Cependant, les toits et les murs en verre traditionnels présentent également des problèmes tels que l’éblouissement, le manque d’intimité et la surchauffe. Les solutions alternatives, telles que les revêtements et les matériaux diffusant la lumière, n’ont pas encore apporté de solution complète.

Un nouveau matériau qui combine plusieurs fonctions

Des chercheurs de l’Institut de technologie des microstructures (IMT) et de l’Institut de technologie de la lumière (LTI) du KIT ont mis au point un nouveau métamatériau à base de polymères qui combine diverses propriétés et pourrait à l’avenir remplacer les éléments en verre dans la construction.

Ce métamatériau microphotonique multifonctionnel à base de polymères (PMMM) est constitué de pyramides microscopiques en silicone. Ces micro-pyramides mesurent environ dix micromètres, soit environ un dixième du diamètre d’un cheveu. Cette conception confère au film PMMM plusieurs fonctions: diffusion de la lumière, autonettoyage et refroidissement radiatif, tout en maintenant un haut niveau de transparence.

« L’une des principales caractéristiques est la capacité de diffuser efficacement la chaleur à travers la fenêtre de transmission infrarouge à ondes longues de l’atmosphère terrestre, en libérant la chaleur dans l’étendue froide de l’univers. Cela permet un refroidissement radiatif passif sans consommation d’électricité », explique Bryce S. Richards, professeur à l’IMT et au LTI.

Refroidissement, transmission de la lumière et absence d’éblouissement

En laboratoire et lors d’expériences menées à ciel ouvert dans des conditions extérieures réelles, les chercheurs ont testé les propriétés du matériau et mesuré sa transmission lumineuse, sa diffusion lumineuse, ses propriétés de réflexion, sa capacité d’autonettoyage et ses performances en matière de refroidissement à l’aide de la spectrophotométrie moderne.

Les résultats : Les tests ont permis d’obtenir un refroidissement de 6 °C par rapport à la température ambiante. En outre, le matériau a montré une transmittance spectrale élevée, ou transparence, de 95 %. À titre de comparaison, le verre a généralement une transparence de 91 %. Dans le même temps, la structure micro-pyramidale diffuse 73 % de la lumière solaire entrante, ce qui donne un aspect flou.

« Lorsque le matériau est utilisé dans les toits et les murs, il permet de créer des espaces intérieurs lumineux, sans éblouissement et protégés pour le travail et la vie privée. Dans les serres, la transmission élevée de la lumière pourrait augmenter les rendements, car on estime que l’efficacité de la photosynthèse est supérieure de 9 % à celle des serres dotées d’un toit en verre », explique Gan Huang, chef de groupe à l’IMT.

Les micro-pyramides confèrent également au film PMMM des propriétés superhydrophobes, semblables à celles d’une feuille de lotus : l’eau perle en gouttelettes et élimine la saleté et la poussière de la surface. Cette fonction autonettoyante rend le matériau facile à entretenir et durable.

Potentiel pour la construction et le développement urbain

« Notre nouveau matériau a le potentiel d’être utilisé dans différents domaines et apporte une contribution significative à l’architecture durable et économe en énergie », explique M. Richards. « Le matériau peut à la fois optimiser l’utilisation de la lumière du soleil à l’intérieur, fournir un refroidissement passif et réduire la dépendance à l’égard de l’air conditionné. La solution est évolutive et peut être intégrée de manière transparente dans les plans de construction de bâtiments et de développement urbain respectueux de l’environnement », ajoute Gan Huang.

https://www.kit.edu/kit/english/pi_2024_037_innovative-material-for-sustainable-building.php

https://www.nature.com/articles/s41467-024-48150-2