Un nouveau revêtement de fenêtre laisse passer la lumière mais bloque la chaleur

Approche

Les fenêtres accueillent la lumière dans les espaces intérieurs, mais apportent également de la chaleur indésirable. "L'angle entre le soleil et votre fenêtre change constamment", explique Tengfei Luo, professeur d'études énergétiques de la famille Dorini à l'Université Notre-Dame et responsable de l'étude. "Notre revêtement conserve sa fonctionnalité et efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel."

Luo et son associé postdoctoral Seongmin Kim ont d'abord fabriqué un revêtement de fenêtre transparent en empilant des couches ultra-fines de silice, d'alumine et d'oxyde de titane sur une base en verre. Un polymère de silicium d'un micromètre d'épaisseur a été ajouté pour améliorer le pouvoir de refroidissement de la structure en réfléchissant le rayonnement thermique à travers la fenêtre atmosphérique et dans l'espace. Une optimisation supplémentaire de l'ordre des couches était nécessaire pour garantir que le revêtement s'adapte à plusieurs angles de lumière solaire. "Cependant, une approche par essais et erreurs n'était pas pratique, étant donné l'immense nombre de combinaisons possibles", a déclaré Luo.

Informatique quantique

Pour mélanger les couches dans une configuration optimale – une configuration qui maximise la transmission de la lumière visible tout en minimisant le passage des longueurs d'onde produisant de la chaleur – l'équipe a utilisé l'informatique quantique. Leur modèle a produit un revêtement qui maintenait à la fois la transparence et réduisait la température de 5,4 à 7,2°C dans une salle modèle, même lorsque la lumière était transmise sous un large éventail d'angles. "Comme les lunettes de soleil polarisées, notre revêtement réduit l'intensité de la lumière entrante, mais contrairement aux lunettes de soleil, notre revêtement reste clair et efficace, même lorsque vous l'inclinez sous différents angles", a déclaré M. Luo.

Large champ d'applications

Selon les scientifiques, le système d'apprentissage actif et d'informatique quantique développé pour fabriquer le revêtement pourra être utilisé pour concevoir une large gamme de matériaux aux propriétés complexes. Le revêtement pourra par exemple être appliqué sur des fenêtres ou des automobiles existantes et permettra de réduire les coûts de refroidissement de la climatisation de plus d'un tiers dans les climats chauds.

Système liquide multicouche

D'autres instituts de recherche sont également engagés dans des études similaires visant à réduire les coûts énergétiques. En février 2023, il a été rapporté qu'un nouveau système liquide multicouche, développé par des chercheurs de l'Université de Toronto et inspiré par la peau de certaines espèces de pieuvres, pourrait réduire les coûts énergétiques dans les bâtiments. L'équipe a développé une plateforme qui optimise la longueur d'onde, l'intensité et la diffusion de la lumière entrant par les fenêtres grâce à la microfluidique. Les prototypes sont constitués de feuilles de plastique plates percées d'une série de canaux d'un millimètre d'épaisseur pour pomper les fluides. Des pigments, des particules ou d'autres molécules adaptées peuvent ensuite être mélangés aux fluides pour déterminer le type de lumière qui les traverse et la direction dans laquelle celle-ci sera diffusée. Les feuilles peuvent également être associées pour former un empilement multicouche avec différentes fonctions optiques, comme le réglage de l'intensité, le filtrage de la longueur d'onde ou l'harmonisation de la diffusion de la lumière pénétrant à l'intérieur. Cette méthode peut être pilotée numériquement par des pompes pour ajouter ou retirer des fluides à chaque couche, optimisant ainsi la transmission de la lumière à l'intérieur du système.

Structures photoniques en couches

En novembre 2022, un groupe de chercheurs a publié une étude sur un nouveau revêtement de fenêtre transparent sous la forme d'un 'refroidisseur radiatif transparent' (TRC ou transparent radiative cooler) utilisant une technologie informatique avancée et l'intelligence artificielle. Dans le résumé de l'étude, les chercheurs décrivent que ce TRC a été développé sur la base de structures photoniques en couches. En alternant de fines couches de matériaux courants tels que dioxyde de silicium, nitrure de silicium, alumine ou dioxyde de titane sur une base en verre recouverte d'un film de polydiméthylsiloxane, les chercheurs ont déclaré qu'ils étaient en mesure d'optimiser un concept de revêtement qui, après fabrication, dépasserait les performances des TRC conçus de manière conventionnelle. En outre, l'équipe a indiqué que le revêtement obtenu était plus performant que l'un des meilleurs verres réducteurs de chaleur disponibles sur le marché.

Source: University of Notre Dame / PaintSquare