Milena Stavric, de l’Institut d’architecture et des médias de l’Université technique de Graz, avec un cube réfrigérant. Crédit : Lunghammer – Université technique de Graz
Face à la hausse des températures et à la multiplication des vagues de chaleur, l’Institut d’architecture et des médias de l’Université de technologie de Graz (TU Graz) présente une solution écoénergétique aux îlots de chaleur urbains : des cubes imprimés en 3D à partir de céramiques hautement poreuses, alliant un savoir-faire ancestral en matière de refroidissement passif aux techniques de pointe de la fabrication additive. Ces cubes de céramique permettent de rafraîchir aussi bien les espaces intérieurs que l’air extérieur.
Ces cubes exploitent un principe physique particulièrement bien connu dans les régions chaudes et sèches du monde : le refroidissement par évaporation. Lorsque l’eau s’évapore, elle absorbe la chaleur ambiante et l’air se refroidit. « Ce principe est utilisé depuis des siècles, aussi bien dans les jarres en argile que dans les tours à vent traditionnelles », explique Milena Stavric de l’Université technique de Graz. « L’avancée technologique majeure réside ici dans l’utilisation de l’impression 3D, qui nous permet de produire, à partir de mélanges d’argile, des géométries très complexes, poreuses et fonctionnellement optimisées. Ces structures particulières stockent l’eau de manière particulièrement efficace et, malgré leur petit volume, créent une surface d’évaporation considérable. »
La paroi de refroidissement est constituée de cubes de céramique imprimés en 3D. Crédit : Lunghammer – TU Graz
Effet rafraîchissant clairement perceptible
Ces cubes, d’environ 23 centimètres de côté, sont conçus numériquement puis imprimés en 3D à partir d’un mélange d’argile céramique. Les objets imprimés sont cuits à basse température afin d’obtenir une consistance très poreuse. La géométrie de surface minimale (TPMS) spécialement développée permet d’obtenir une très grande surface tout en utilisant un minimum de matériau. L’eau est absorbée par capillarité dans la céramique poreuse et répartie uniformément dans sa géométrie complexe. Ceci crée une grande surface d’évaporation sur laquelle l’eau s’évapore continuellement, absorbant la chaleur ambiante.
Pour améliorer encore les performances de refroidissement, l’équipe expérimente des approches bio-inspirées au sein du Shape Lab de l’institut. Des cultures fongiques et de la sciure de bois sont ajoutées à l’argile comme milieu nutritif. Un mycélium – le réseau de filaments fongiques – se développe dans le matériau et forme un fin réseau. Le mélange argile-champignon est imprimé en 3D puis cuit. La combustion du mycélium et de la sciure de bois crée un réseau de micro- et macropores qui permet à l’eau de se diffuser particulièrement bien à l’intérieur du cube.
De gauche à droite : Julian Jauk, Milena Stavric et Kristijan Ristoski, de l’Institut d’architecture et des médias de l’Université de technologie de Graz. Crédit : Lunghammer – TU Graz
Test en intérieur
Un test réalisé dans un grenier surchauffé de l’Université technique de Graz a démontré un effet significatif. Dans un dispositif expérimental contrôlé, une baisse de température de près de 7 °C a été mesurée à proximité immédiate du cube rempli d’eau. « L’effet rafraîchissant était clairement perceptible dans toute la pièce », explique Kristijan Ristoski, qui a consacré son mémoire de master à l’intégration des cubes et du système d’alimentation en eau dans le mur rafraîchissant.
L’équipe teste également d’autres mélanges de matériaux récemment mis au point. Elle s’intéresse notamment aux sédiments du lac de Neusiedl, qui doivent être dragués régulièrement pour limiter l’envasement de ce plan d’eau peu profond. Jusqu’à présent, la majeure partie de ces sédiments a été éliminée sans être valorisée. À l’avenir, ils pourraient être intégrés à des procédés de construction économes en ressources, en tant que matériau de construction durable produit par impression 3D.
Refroidissement naturel plutôt que technologie énergivore
Les cloisons en céramique offrent une alternative économe en ressources aux systèmes de refroidissement énergivores et conviennent aux bâtiments résidentiels et de bureaux, ainsi qu’aux écoles, aux espaces publics et aux salles d’attente. « Notre objectif est d’apporter un rafraîchissement là où les gens souffrent particulièrement de la chaleur, par exemple dans les villes où les arbres ne parviennent parfois pas à assurer un refroidissement suffisant. Pour ce faire, nous privilégions les principes du refroidissement naturel plutôt que les technologies de climatisation énergivores », explique Stavric.
Un mur de refroidissement composé de cubes imprimés en 3D se dresse sur le campus Neue Technik de l’Université de technologie de Graz. Crédit : Lunghammer – TU Graz
Mur de démonstration de refroidissement à Graz
Les personnes intéressées peuvent découvrir cette technologie au Musée de la Perception de Graz. Par ailleurs, rue Stremayrgasse, sur le campus Neue Technik de l’Université technique de Graz (TU Graz), un mur de démonstration indépendant en argile, mesurant 2 mètres sur 2, a été récemment installé. Les visiteurs peuvent ainsi expérimenter directement l’effet rafraîchissant.
