Des revêtements de froid radiatif qui s’adaptent aux saisons

Les systèmes de froid radiatif fonctionnent en absorbant le rayonnement thermique (c'est-à-dire la chaleur) d'un bâtiment, puis en l'émettant vers le ciel. L'atmosphère étant transparente à ces longueurs d'onde, la chaleur s'échappe directement dans l'espace. Certains systèmes utilisent des surfaces réfléchissantes, comme des peintures super blanches, pour faire « rebondir » la lumière du soleil et la chaleur, ce qui permet de refroidir le bâtiment. Malheureusement, ces systèmes émettent un rayonnement thermique même lorsque la température de la surface est inférieure à celle souhaitée, par exemple pendant la nuit ou en hiver. Ce refroidissement par rayonnement thermique non désiré augmente la consommation d'énergie pour le chauffage. 

 

Récemment, des scientifiques ont travaillé sur un matériau capable de piéger la chaleur par temps froid, agissant ainsi comme un revêtement radiatif qui s’adapte à la température (TARC). Cette technologie repose sur un composé appelé dioxyde de vanadium (VO₂), qui a la propriété surprenante de conduire l'électricité mais pas la chaleur, dans certaines conditions. 

 

Une équipe d'ingénieurs de l'université de Californie à Berkeley a conçu des plaques de TARC en couche mince de 2 cm² (0,8 in²) et les a comparées à des échantillons de matériaux de toiture foncés et blancs du commerce. Ils ont constaté que leur nouveau revêtement de toiture était capable d'absorber l'énergie solaire et d'émettre jusqu'à 90 % de sa chaleur vers le ciel lorsque la température ambiante était supérieure à 30 °C (86 °F). Lorsque la température descendait en dessous de 15 °C (59 °F), le TARC n'émettait que 20 % de sa chaleur. Quel que soit la météo, leur revêtement de toiture était capable de réfléchir environ 75 % de la lumière du soleil en moyenne. Pour plus de détails, leurs recherches ont été publiées ici.

 

Une équipe indépendante de chercheurs de la Nanyang Technological University de Singapour (NTU Singapore) a mis au point un matériau similaire destiné à recouvrir des panneaux de fenêtre en verre. Ce verre auto-adaptatif a été mis au point en utilisant des couches de nanoparticules de dioxyde de vanadium composites, de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et d’un revêtement à faible émissivité afin de former une structure unique. Le verre nouvellement développé, qui ne comporte aucun composant électrique, fonctionne en exploitant les spectres de la lumière responsables du chauffage et du refroidissement. 

 

Les fenêtres sont généralement le composant le moins efficace sur le plan énergétique dans la conception d'un bâtiment. En guise de preuve de concept, les scientifiques ont testé les performances de leur invention en termes d’économie d’énergie en utilisant des simulations de données climatiques provenant de sept zones climatiques dans le monde. Leurs résultats ont montré des économies d’énergie à la fois en saisons chaude et froide, avec une économie d'énergie globale allant jusqu'à 9,5 %, soit environ 330 000 kWh par an de moins que le verre à faible émissivité disponible dans le commerce, dans une simulation d'immeuble de bureaux de taille moyenne. Pour plus de détails, leurs recherches ont été publiées ici.

 

 

Sources 

[1] Smart roof coating reflects heat in summer and traps it in winter. https://newatlas.com/materials/tarc-roof-coating-adaptive-heating-cooling/ 
[2] Tang, Kechao, et al. "Temperature-adaptive radiative coating for all-season household thermal regulation." Science 374.6574 (2021): 1504-1509. https://wu.mse.berkeley.edu/publications/Tang-Science2021.pdf 
[3] Scientists invent energy-saving glass that 'self-adapts' to heating and cooling demand. https://techxplore.com/news/2021-12-scientists-energy-saving-glass-self-adapts-cooling.html 

(image credit: Pr Junqiao Wu. TARC samples tested on a rooftop. https://newscenter.lbl.gov/2021/12/16/roof-year-round-energy-savings/)