Le matériau thermochromique pourrait rendre le contrôle de la température intérieure plus économe en énergie

Des chercheurs de l’université Rice ont mis au point un matériau intelligent qui ajuste sa transparence en fonction des changements de température, surpassant ainsi les matériaux similaires en termes de durabilité, de transparence et de réactivité. Le nouveau mélange de polymères pourrait améliorer considérablement l’efficacité énergétique du refroidissement des espaces intérieurs, selon une nouvelle étude publiée dans Joule.

Se rafraîchir peut être une question de vie ou de mort, mais la climatisation, quand elle est disponible, représente déjà 7 % de la consommation énergétique mondiale et 3 % des émissions de carbone. Alors que les températures atteignent des sommets et que les vagues de chaleur se font de plus en plus fréquentes dans le monde entier, le besoin de moyens plus efficaces pour maintenir la température intérieure sous contrôle est également devenu plus urgent.

Une façon de remédier à ce problème consiste à revêtir les fenêtres de matériaux qui empêchent la chaleur de pénétrer tout en laissant passer la lumière. Les thermochromiques sont l’une de ces classes de matériaux, mais les variétés existantes sont encore trop chères et de courte durée de vie pour constituer un choix viable pour une utilisation dans les bâtiments, les véhicules et partout ailleurs.

Le nouveau système de mélange de polymères salés développé par les ingénieurs de Rice dans le laboratoire de nanomatériaux dirigé par Pulickel Ajayan surmonte ces défis, permettant potentiellement le déploiement à grande échelle de la thermochromie en tant que technologie de refroidissement des espaces intérieurs économe en énergie.

« Imaginez une fenêtre qui devient moins transparente à mesure que la température augmente, ce qui permet de garder l’intérieur frais sans consommer d’énergie », explique Sreehari Saju, doctorant en science des matériaux et nano-ingénierie à Rice, co-auteur principal de l’étude. « Notre formule exploite à la fois des composants organiques et inorganiques pour surmonter les limites des matériaux thermochromiques existants, comme leur courte durée de vie et leurs coûts élevés.

« De plus, la réponse thermique de ce matériau est bien adaptée aux exigences environnementales du monde réel. Nous pensons que les fenêtres intelligentes fabriquées à partir de ce matériau pourraient réduire considérablement la consommation d’énergie des bâtiments, ce qui aurait un impact tangible sur les coûts énergétiques et l’empreinte carbone. »

Les chercheurs ont combiné des méthodes expérimentales avec des simulations informatiques pour comprendre le comportement du matériau dans différents environnements environnementaux et architecturaux. Par exemple, ils ont évalué les performances du matériau dans des zones urbaines spécifiques du monde entier pour avoir une idée de son impact potentiel lorsqu’il serait déployé à grande échelle.

« Notre approche était unique car elle exigeait un équilibre précis de matériaux et de techniques qui n’avaient pas été explorés auparavant dans cette combinaison, offrant une nouvelle voie pour le développement de matériaux intelligents », a déclaré Anand Puthirath, chercheur scientifique au sein du groupe de recherche d’Ajayan et co-auteur principal de l’étude. « Nous avons mené des expériences approfondies pour caractériser les propriétés du matériau, ainsi que des tests de stabilité environnementale et de durabilité, montrant que notre mélange peut surpasser les thermochromiques existants. »

Les chercheurs ont synthétisé le matériau en mélangeant deux polymères avec un type de sel et ont travaillé à l’optimisation de la composition pour obtenir des transitions en douceur entre les états transparent et opaque avec des fluctuations de température. Leurs résultats montrent que le nouveau mélange thermochromique est non seulement très efficace pour réguler le rayonnement solaire, mais aussi remarquablement durable avec une durée de vie estimée à 60 ans.

« Ces résultats de recherche établissent de nouvelles références en matière de durabilité et de performance des thermochromiques, et en particulier dans un système simple et pratiquement viable », a déclaré Ajayan, auteur correspondant de l’étude et professeur d’ingénierie Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson de Rice et professeur et directeur du département de science des matériaux et de nano-ingénierie.

« Notre travail répond à un défi crucial en matière d’architecture durable, en offrant une solution pratique et évolutive pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. »

Le comportement thermochromique du matériau a été étudié en collaboration avec le professeur Yi Long et son doctorant, Shancheng Wang, du département de génie électronique de l’université chinoise de Hong Kong, Sha Tin.