Selon des chercheurs de l’université de Chicago, un bâtiment comme celui-ci, revêtu du nouveau matériau électrochrome, pourrait réduire les coûts de chauffage, de ventilation et de climatisation de 8,4 %.
Dans le but de trouver un moyen efficace de maintenir les bâtiments plus frais par temps chaud et plus chauds par temps froid, des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l’université de Chicago ont mis au point un matériau changeant de forme qui contient des particules de cuivre sous forme liquide ou solide. Bien que le matériau utilise un courant électrique très faible pour passer d’un état à l’autre, cela ne représente qu’une fraction de l’énergie qu’il peut économiser grâce au chauffage et au refroidissement passifs.
Le matériau ininflammable se compose de plusieurs couches, dont un film de polyuréthane, une feuille de graphène et une grille d’or. Mais la véritable action a lieu grâce à un électrolyte aqueux et à des particules de cuivre.
Lorsque le matériau est en mode chauffage, les particules de cuivre se déposent sur le film, formant une couche solide qui est excellente pour absorber la chaleur solaire. Après le passage d’un faible courant électrique dans le matériau, les particules se dispersent dans l’électrolyte et le matériau passe en mode refroidissement, où l’énergie infrarouge du soleil est réfléchie au lieu d’être absorbée. Dans le cadre de cette recherche, le matériau a été commuté avec succès pendant 1 800 cycles.
« Nous avons essentiellement trouvé un moyen peu énergivore de traiter un bâtiment comme une personne ; vous ajoutez une couche lorsque vous avez froid et vous en enlevez une lorsque vous avez chaud », a déclaré le chercheur principal, le professeur adjoint Po-Chun Hsu. « Ce type de matériau intelligent nous permet de maintenir la température d’un bâtiment sans consommer d’énormes quantités d’énergie. »
En fait, les chercheurs ont constaté que lorsque le matériau est en configuration de mode de chauffage solide, il peut retenir 93 % de l’énergie infrarouge avec laquelle il entre en contact. En mode de refroidissement liquide, il peut réfléchir jusqu’à 92 % de cette énergie. Même en tenant compte du faible courant électrique nécessaire pour activer le changement, cela se traduit par une économie de 8,4 % des coûts de chauffage, de ventilation et de climatisation du bâtiment, indiquent les chercheurs.
Une illustration du matériau dans différents états, ainsi qu’une carte montrant les économies d’énergie potentielles qu’il pourrait créer à travers les États-Unis
« Une fois que vous passez d’un état à l’autre, vous n’avez pas besoin d’appliquer plus d’énergie pour rester dans l’un ou l’autre état », a déclaré Hsu. « Donc, pour les bâtiments où vous n’avez pas besoin de passer d’un état à l’autre très fréquemment, cela utilise vraiment une quantité très négligeable d’électricité. »
Qui plus est, le matériau peut être programmé pour changer à n’importe quelle température requise, de sorte qu’il peut essentiellement être réglé pour fonctionner différemment dans différents climats.
De plus, comme le matériau est transparent lorsqu’il est en mode refroidissement, il peut non seulement offrir des avantages en matière de régulation de la température, mais aussi constituer un élément de conception intéressant, car il a un aspect cuivré lorsqu’il est en mode solide de rétention de la chaleur, mais peut laisser apparaître n’importe quel pigment appliqué sur une couche inférieure lorsqu’il est en mode transparent de refroidissement.
Les matériaux qui changent de couleur de cette manière en réponse à un courant électrique sont connus sous le nom d’électrochromes et nous avons vu un matériau très similaire développé il y a deux ans par des scientifiques de l’université Duke en Caroline du Nord. De tels matériaux ont également été développés pour être utilisés dans les films pour fenêtres et les lunettes de soleil.
Pour l’instant, les chercheurs ont créé des morceaux de matériau mesurant environ 6 cm de large, mais, selon eux, il pourrait être possible d’augmenter la couverture en l’utilisant dans une configuration semblable à celle des bardeaux. Les prochaines étapes consistent à étudier les moyens de fabriquer le matériau et à examiner comment l’utilisation du matériau entre ses états liquide et solide pourrait également être utile en termes de contrôle thermique passif.
https://www.nature.com/articles/s41893-022-01030-3
https://pme.uchicago.edu/news/temperature-sensing-building-material-changes-color-save-energy
