Douze mille panneaux photovoltaïques colorés issus d’une technologie développée à l’EPFL recouvrent la nouvelle École internationale de Copenhague. Cela constitue l’une des plus grandes centrales solaires intégrées au bâtiment au Danemark.
Ce qui rend ce bâtiment particulier, ce sont ses douze mille panneaux solaires colorés. L’Ecole internationale de Copenhague en est entièrement tapissée ; ils fourniront annuellement 300 mégawatts-heure d’électricité, soit plus de la moitié de ses besoins énergétiques. Sa couleur vert d’eau le rend également très caractéristique. Pourtant, pas un seul pigment n’a été déposé sur les douze mille verres. Il a fallu des années de développement dans les laboratoires de l’EPFL pour mettre au point ces panneaux solaires colorés par interférences lumineuses.
Il y a différentes façons de produire une couleur, et l’une d’elles passe par un phénomène d’interférence. Une manifestation que l’on peut observer sur une bulle de savon, sur certaines ailes de papillons ou sur un film d’huile à la surface de l’eau : «Vous avez cet effet irisé, cet arc-en-ciel coloré qui se forme sur une couche très mince ; nous travaillons sur le même mécanisme, que nous maîtrisons pour le verre», précise Jean-Louis Scartezzini, directeur du Laboratoire d’énergie solaire et physique du bâtiment (LESO-PB).
Cela a l’air simple sur le papier, mais les chercheurs ont dû surmonter de nombreux défis avant de maîtriser la lumière réfléchie par les panneaux solaires, pour qu’ils ne produisent qu’une couleur sans perdre en efficacité énergétique.
12 ans de recherches
Pour parvenir à réfléchir les longueurs d’onde idéales afin de créer un rouge brique, un bleu roi, un jaune doré ou un vert d’eau, de multiples simulations numériques et un développement des procédés de fabrication ont été nécessaires. Du premier échantillon à la première façade photovoltaïque colorée, il a fallu près de 12 ans. Les chercheurs ont développé des filtres qu’ils déposent en fines couches nanométriques sur le vitrage. Grâce à ces filtres ils peuvent choisir les longueurs d’onde réfléchies de la lumière, donc la couleur visible, tout en transmettant le reste du rayonnement solaire vers l’intérieur du panneau pour qu’il soit converti en énergie.
Pour Andreas Schüler, qui mène ce projet depuis le premier jour, obtenir des couleurs stables a été un énorme défi : «Nous avons beaucoup de liberté pour produire nos filtres, nous mélangeons des oxydes et pouvons ainsi agir sur les indices de réfraction. Nous travaillons par couches successives, entre 3 et 13 couches dans un design de filtre. Il faut trouver les compositions et les épaisseurs idéales de ces multicouches afin qu’elles reflètent les longueurs d’onde souhaitées en respectant les contraintes énergétiques.»
Grâce à ce principe de coloration, les panneaux photovoltaïques et thermiques sont transformés en éléments d’architecture à part entière, puisque tous leurs éléments techniques disgracieux sont dissimulés.
Une spin-off, des brevets et des projets
La technologie a fait l’objet de deux brevets et les panneaux solaires colorés sont aujourd’hui produits de manière industrielle en grands formats – 3 mètres sur 6 et 4 mm d’épaisseur – avant d’être découpés aux dimensions souhaitées par l’architecte.
«Faire des échantillons de teintes homogènes était difficile, se souvient Andreas Schüler, car une déviation de 5 nanomètres suffit pour modifier la couleur, cela demande de maîtriser l’échelle nanométrique sur l’échelle du mètre carré». Autre difficulté, la taille des machines ; elles doivent mesurer pas moins de 100 mètres de long pour permettre l’application des fines couches qui formeront les filtres: « Nous avons cherché des partenaires en Europe, mais les entreprises étaient frileuses. Emirates Glass avait l’usine, les machines et l’envie de s’investir dans le projet », raconte Nicolas Jolissaint, ingénieur chez SwissINSO, spin-off de l’EPFL. Les deux entreprises ont donc créé une joint-venture, Emirates Insolaire, qui a fourni les verres colorés pour la façade solaire de l’École internationale de Copenhague.
Cet édifice est déjà décrit comme « l’un des 5 bâtiments à énergie solaire qui changeront l’architecture » par Mother Nature Network.
CIS Nordhavn est un nouvel établissement scolaire de l’École internationale de Copenhague (Copenhaguen International School), conçu par C.F. Møller Architects, situé dans le nouveau district de Copenhague Nordhavn.
Auteur : Sandy Evangelista
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[ Illustration – Crédit / EPFL ]
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