Un nouveau dispositif de gestion de la chaleur thermique ajuste sa forme pour élever ou abaisser la température, sans utiliser d'énergie externe. Selon ses développeurs, cette technologie pourrait fonctionner en conjonction avec le chauffage et la climatisation traditionnels pour réduire les pics de température (et les dépenses) des bâtiments.
Les deux méthodes de contrôle thermique les plus courantes (chauffage et refroidissement) sont responsables plus de la moitié de la consommation mondiale d'énergie. Les deux crises en cours (climat e géopolitique) obligent les chercheurs à un rythme effréné à identifier des technologies performantes capables de réguler les températures sans consommer beaucoup, voire pas du tout, d'électricité.
Les laboratoires se concentrent sur le soleil et les espaces extérieurs : parmi les solutions les plus prometteuses, les fenêtres intelligentes qui absorbent ou réfléchissent la chaleur infrarouge du soleil selon qu'il s'agit d'une journée d'été ou d'hiver. Les systèmes de refroidissement radiatif passif constituent également une option intéressante, car ils évitent de consommer de l'énergie en transmettant la chaleur directement vers l'espace à des longueurs d'onde qui traversent l'atmosphère terrestre.
Zéro énergie pour le chauffage et le refroidissement
Rujun Ma et collègues de la Université Nankai de Tianjin, en Chine, visait à développer un dispositif thermique capable de basculer automatiquement entre les modes de chauffage et de refroidissement, en fonction des changements de température. C’est logique : si l’objectif de la gestion thermique est le contrôle de la température, la création d’un système sensible à la température est optimale. Aussi parce que dans le passé on a développé des fenêtres qui changent de couleur ou des modulateurs infrarouges qui réagissent aux variations de température : soit elles chauffent, soit elles refroidissent. Jamais les deux.
La particularité du dispositif de Ma est l'utilisation d'une large gamme de longueurs d'onde, de la bande visible à l'infrarouge. Cela vous permet de couvrir toute la gamme de la gestion thermique : aussi bien le chauffage solaire que le refroidissement radiatif.
Encore du biomimétisme
Je ne me lasserai jamais de le dire : les meilleures solutions scientifiques naissent toutes de l’observation de la nature, et cet appareil thermique ne fait pas exception. Dans ce cas, l'équipe de recherche a fait un combo : ils ont observé à la fois le pelage du lapin de l'Himalaya (blanc quand il fait chaud, foncé par temps froid) et l'ouverture et le repliement des feuilles d'une plante, le Mimosa pudica.
Le dispositif thermique se compose de deux couches primaires. La partie supérieure est constituée d'une feuille d'actionneur sensible à la température qui expulse le rayonnement infrarouge. La feuille est fabriquée avec des polymères conçus pour réagir de manière inégale aux changements de température, de sorte qu'elle s'enroule à froid et se dilate à chaud. La partie inférieure, quant à elle, est constituée d'un substrat thermochromique qui change de couleur en fonction de la température et absorbe également la lumière visible.
Un « métamorphe » thermique.
Lorsque la température ambiante est basse, en mode chauffage, la feuille de l'actionneur s'enroule et le substrat thermochromique devient gris, absorbant la lumière et la chaleur. En revanche, en mode refroidissement, l'activateur se déplie pour recouvrir le substrat et réfléchir la lumière du soleil, tout en émettant un rayonnement infrarouge pour se refroidir. La température d'activation pour passer d'un mode à l'autre peut être modifiée en modifiant les polymères présents dans les actionneurs et les poudres thermochromiques utilisées dans le substrat.
Le dispositif thermique, qui mesure 4 x 4 centimètres, a pu fonctionner pendant 500 cycles d'ouverture et de rotation en laboratoire. Ma et ses collègues l'ont testé à l'intérieur et à l'extérieur, comme le souligne l'article publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (que je vous mets en lien ici).
Ils ont estimé, sur la base d'expériences sur le terrain, que la puissance de chauffage solaire était de 252,2 watts par mètre carré, tandis que la puissance de refroidissement atteignait 59,7 W / m 2.
Traduit : Cet appareil permet d'économiser de l'énergie par rapport à tous les autres dispositifs de gestion thermique sensibles à la température développés jusqu'à présent. "Cela améliorera considérablement l'efficacité énergétique thermique", explique Ma, "et il reste encore beaucoup à faire."
Bien. Pendant ce temps, ventilateur et chandail (au besoin).