Couleur

Des chercheurs de l'Université de Chicago ont inventé un matériau de revêtement qui change de couleur pour aider au chauffage ou au refroidissement et qui pourrait être modernisé pour améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments.

Le matériau composite se compose de plusieurs couches différentes, notamment une feuille de cuivre, du plastique et du graphène, et en fonction de la température extérieure, il peut changer sa couleur infrarouge - la couleur qu'il apparaît sous l'imagerie thermique.

En même temps, il modifie également la quantité de chaleur infrarouge qu'il absorbe ou émet depuis le bâtiment. Les jours chauds, le matériau apparaît jaune sous l'imagerie thermique, indiquant qu'il émet plus de chaleur, tandis que les jours froids, il apparaît violet parce qu'il retient cette chaleur.

Lorsqu'il est utilisé sur une façade - par exemple sous la forme de bardeaux - le matériau pourrait potentiellement réduire les besoins en chauffage, ventilation et climatisation (CVC) et réduire la consommation énergétique globale d'un bâtiment.

"Nous avons essentiellement trouvé un moyen à faible consommation d'énergie de traiter un bâtiment comme une personne ; vous ajoutez une couche lorsque vous avez froid et enlevez une couche lorsque vous avez chaud", a déclaré l'ingénieur en matériaux Po-Chun Hsu de la Pritzker School of Molecular Engineering, qui a dirigé la recherche.

"Ce type de matériau intelligent nous permet de maintenir la température dans un bâtiment sans grandes quantités d'énergie."

Le revêtement réagit à la température comme un caméléon

L'Université de Chicago décrit le matériau comme "un caméléon" car il peut changer de couleur en réponse à la température extérieure.

À une température de déclenchement choisie, le matériau utilise une infime quantité d'électricité pour déposer du cuivre sur un film mince ou pour l'enlever.

Cette réaction chimique transforme efficacement la couche centrale du matériau - une solution électrolytique à base d'eau - en cuivre solide. Le cuivre à faible émission aide à retenir la chaleur et à réchauffer l'intérieur d'un bâtiment, tandis que la couche aqueuse à haute émission maintient un bâtiment frais.

La couche d'électrolytes à base d'eau contribue également à rendre le matériau ininflammable, et les chercheurs décrivent le processus de passage du métal au liquide et inversement comme "stable, non volatil, efficace et mécaniquement flexible".

"Une fois que vous avez basculé entre les états, vous n'avez plus 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 basculer entre ces états très fréquemment, cela utilise vraiment une quantité d'électricité très négligeable."

Le matériau pourrait réduire la consommation d'énergie de 8 %

Dans le cadre de leur étude, publiée dans la revue Nature Sustainability, les chercheurs ont également créé des modèles pour tester les économies d'énergie qui pourraient être réalisées en appliquant leur matériau aux bâtiments de 15 villes américaines, représentant 15 zones climatiques.

Dans les régions qui connaissaient de fortes variations météorologiques, ils ont découvert que le matériau pouvait économiser en moyenne 8,4 % de la consommation annuelle d'énergie CVC d'un bâtiment. Dans le même temps, le matériau ne dépendait que de 0,2 % de l'électricité totale du bâtiment pour son fonctionnement.

À l'heure actuelle, la construction et l'exploitation des bâtiments représentent près de 37 % des émissions mondiales de carbone, dont la plupart sont attribuées aux opérations des bâtiments, y compris l'éclairage, le chauffage et la climatisation.

Pour réduire ces émissions, le matériau pourrait être utilisé pour moderniser des bâtiments mal isolés ou historiques et améliorer leur efficacité énergétique, car les chercheurs suggèrent qu'il serait plus pratique à installer qu'à isoler.

Cependant, plusieurs de ses composants - dont le graphène monocouche et la microgrille d'or utilisés comme couches conductrices transparentes - sont actuellement encore coûteux et compliqués à fabriquer.

Les chercheurs n'ont jusqu'à présent créé que des plaques de matériau de six centimètres de large, mais imaginez les assembler comme des bardeaux pour former des feuilles plus grandes.

Avec la couche aqueuse active, le matériau est d'une couleur blanc foncé, qui devient brun cuivré lorsque la couche de cuivre est active.

Mais le matériau pourrait également être modifié pour afficher différentes couleurs en ajoutant une couche de pigments derrière la couche aqueuse transparente.

Une autre approche pour garder les bâtiments au frais consiste à les peindre en blanc. À cette fin, des chercheurs de l'Université Purdue ont récemment mis au point la "peinture la plus blanche jamais enregistrée", qui reflète 98 % de la lumière du soleil.

Images reproduites avec l'aimable autorisation du groupe Hsu.

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