Des scientifiques ont mis au point un nouveau type de fenêtre dynamique capable de passer d’un mode à l’autre, bloquant sélectivement la lumière et/ou la chaleur.

Les fenêtres sont des éléments de base qui laissent passer la lumière et la chaleur, mais il n’est pas toujours souhaitable d’avoir les deux à la fois. Des ingénieurs de l’université d’État de Caroline du Nord (NCSU) ont mis au point un nouveau matériau qui permet aux fenêtres de passer facilement d’un mode à l’autre.

Les nouvelles fenêtres dynamiques pourraient passer d’un mode transparent normal, qui laisse passer la lumière et la chaleur, à un mode qui bloque la chaleur tout en restant transparent à la lumière, et à un mode teinté qui bloque une partie de la lumière mais pas la chaleur. Cela devrait permettre aux utilisateurs d’être couverts en toute saison.

La clé de tout cela est un petit matériau baptisé « oxyde de tungstène », que l’on retrouve souvent dans les fenêtres dynamiques qui fonctionnent sur le principe de l’électrochromisme. Normalement transparent, l’oxyde de tungstène s’assombrit et bloque la lumière lorsque vous appliquez un signal électrique, ce qui le rend pratique pour les fenêtres qui se teintent à la demande.

Mais dans cette nouvelle étude, les chercheurs de la NCSU ont découvert un tout nouveau tour de passe-passe. L’ajout d’eau le transforme en oxyde de tungstène hydraté, ce qui, lorsqu’il est utilisé dans des fenêtres électrochromes, lui confère un réglage supplémentaire.

Lorsqu’il est éteint, il reste transparent à la lumière et à la chaleur, ce qui est idéal pour les mornes journées d’hiver où l’on a besoin d’un maximum de ces deux éléments. Lorsque des électrons et des ions lithium sont injectés dans le matériau, celui-ci passe d’abord par une phase où il bloque la lumière infrarouge (ressentie comme de la chaleur) tout en restant transparent aux longueurs d’onde de la lumière visible. Enfin, lorsque davantage d’électrons sont injectés dans le matériau, celui-ci passe à une phase sombre où il bloque à la fois la lumière visible et la lumière infrarouge, ce qui est parfait pour l’été.

La raison exacte pour laquelle l’oxyde de tungstène hydraté fonctionne de la sorte reste incertaine, mais les scientifiques de la NCSU ont une hypothèse.

« La présence d’eau dans la structure cristalline rend la structure moins dense, ce qui la rend plus résistante à la déformation lorsque des ions lithium et des électrons sont injectés dans le matériau », explique Jenelle Fortunato, premier auteur de l’étude.

« Notre hypothèse est que, comme l’oxyde de tungstène hydraté peut accueillir plus d’ions lithium que l’oxyde de tungstène normal avant de se déformer, on obtient deux modes. Il y a un mode « froid » – lorsque l’injection d’ions lithium et d’électrons affecte les propriétés optiques, mais que le changement structurel n’a pas encore eu lieu – qui absorbe la lumière infrarouge. Ensuite, après le changement structurel, il y a un mode « sombre » qui bloque à la fois la lumière visible et la lumière infrarouge ».

Si les fenêtres dynamiques en cours de développement ne manquent pas, il est rare d’obtenir autant de modes dans un même système. Lorsque c’est le cas, cela nécessite généralement des installations plus encombrantes. Dans ce cas, comme un seul matériau est nécessaire, l’épaisseur du verre et les besoins en énergie devraient être plus ou moins les mêmes que pour les vieilles fenêtres en oxyde de tungstène.

« La découverte d’un contrôle de la lumière à double bande (infrarouge et visible) dans un seul matériau déjà bien connu de la communauté des fenêtres intelligentes pourrait accélérer le développement de produits commerciaux aux caractéristiques améliorées », a déclaré Delia Milliron, coauteur correspondant de l’étude.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.3c00921

https://news.ncsu.edu/2023/09/new-material-for-dynamic-windows/