Dans une quête incessante de solutions durables et efficaces, les chercheurs se tournent vers la nature pour trouver des réponses à des défis non résolus. Le Professeur WANG Zuankai est l’un de ces chercheurs. Son travail récent sur la céramique de refroidissement est un exemple frappant de la manière dont la nature peut inspirer des applications pratiques et durables.
Le Professeur Wang, en collaboration avec le Professeur Christopher CHAO et une équipe de recherche de l’Université de la Ville de Hong Kong, a développé une céramique de refroidissement radiatif passive. Cette dernière est capable de diffuser la lumière de manière très efficace et de refléter près de 99,6% de l’énergie solaire. Elle présente un potentiel d’économie d’énergie prometteur, avec une résistance aux intempéries et une grande résistance mécanique, réduisant ainsi la demande de refroidissement dans un environnement intérieur.
« Notre travail sur la céramique de refroidissement illustre la puissance de l’apprentissage à partir de la nature. Il comble une lacune importante dans le refroidissement radiatif passif, spécifiquement la haute réflectivité solaire. En s’inspirant de la bio-blanchité observée chez le scarabée le plus blanc, les chercheurs ont optimisé la conception du système de diffusion, entraînant une augmentation significative de la réflectivité solaire », a indiqué le Professeur Wang.
Une matière inspirée du scarabée pour la réflectivité solaire
Cette innovation a été dérivée de la structure biologique complexe de Cyphochilus, le scarabée connu comme le plus blanc. Basée sur l’étude du système de diffusion trouvé dans les écailles du scarabée, la céramique de refroidissement a été conçue avec une structure poreuse hiérarchique.
Ce système inspiré de la nature est facile à fabriquer et offre d’excellentes performances de refroidissement en journée, réduisant ainsi la consommation d’énergie pour le refroidissement intérieur.
« La nature nous offre une abondance de conceptions complexes, de systèmes efficaces et de solutions durables qui ont évolué au fil de millions d’années. Par une étude minutieuse de ces phénomènes naturels, nous pouvons découvrir des idées innovantes et des principes qui peuvent être traduits en applications pratiques », a ajouté le Professeur Wang.
Première investigation sur l’effet Leidenfrost
Dans les applications impliquant le refroidissement par évaporation, l’interaction entre l’eau et les surfaces à haute température est un phénomène critique mais souvent négligé. Par conséquent, la suppression de l’effet Leidenfrost est une étape majeure dans le développement réussi de cette céramique de refroidissement, en plus de la blancheur inspirée de la biologie et de la haute réflectivité solaire.
La céramique de refroidissement présente une super-hydrophilie, permettant une propagation immédiate des gouttelettes et facilitant l’imprégnation rapide des gouttelettes à travers sa structure poreuse interconnectée. En conséquence, la céramique de refroidissement inhibe l’effet Leidenfrost à des températures supérieures à 800°C pendant le processus de refroidissement par évaporation.
« L’un des facteurs clés contribuant au succès de la céramique de refroidissement est sa structure poreuse hiérarchique, semblable à la membrane poreuse utilisée dans la conception de l’armure thermique structurée. C’est cette structure complexe qui permet à la céramique d’absorber et d’évaporer efficacement le liquide, inhibant ainsi efficacement l’effet Leidenfrost », a précisé encore le Professeur Wang.
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En synthèse
La céramique de refroidissement est une innovation remarquable qui illustre comment la nature peut inspirer des solutions durables et efficaces. Avec sa capacité à refléter près de 99,6% de l’énergie solaire, sa résistance aux intempéries et sa grande résistance mécanique, elle présente un potentiel d’économie d’énergie prometteur.
« Cette percée de la recherche sur la céramique réfrigérante illustre la praticité et la polyvalence de notre approche. La céramique réfrigérante présente non seulement des performances exceptionnelles en matière de refroidissement grâce à sa structure bio-inspirée du scarabée blanc, mais elle possède également des caractéristiques précieuses telles que des propriétés autonettoyantes, une résistance mécanique robuste et la dépression de l’effet Leidenfrost. Toutes ces caractéristiques la rendent prête pour des applications dans le monde réel », a conclu le professeur Wang.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la céramique de refroidissement ?
La céramique de refroidissement est un matériau développé par une équipe de recherche de l’Université Polytechnique de Hong Kong qui est capable de diffuser la lumière de manière très efficace et de refléter près de 99,6% de l’énergie solaire.
Quelle est l’inspiration derrière la céramique de refroidissement ?
La céramique de refroidissement a été inspirée par la structure biologique complexe de Cyphochilus, le scarabée connu comme le plus blanc.
Qu’est-ce que l’effet Leidenfrost ?
L’effet Leidenfrost se produit lorsque la température dépasse un certain point, formant une couche de vapeur continue entre un solide et un liquide, ce qui entraîne une diminution du transfert de chaleur en raison de l’augmentation de la résistance thermique.
Comment la céramique de refroidissement inhibe-t-elle l’effet Leidenfrost ?
La céramique de refroidissement inhibe l’effet Leidenfrost grâce à sa structure poreuse hiérarchique, qui permet à la céramique d’absorber et d’évaporer efficacement le liquide.
Quelles sont les applications pratiques de la céramique de refroidissement ?
La céramique de refroidissement a de nombreuses applications pratiques, notamment la réduction de la demande de refroidissement dans un environnement intérieur, grâce à sa haute réflectivité solaire, sa résistance aux intempéries et sa grande résistance mécanique.
Références
WANG Zuankai, CHAO Christopher. « Hierarchically structured passive radiative cooling ceramic with high solar reflectivity ». Science, 2024.10.1126/science.adi4725
