Le film polymère, une solution de refroidissement sans consommation d’énergie

Le film polymère, une solution de refroidissement sans consommation d'énergie

La gestion thermique, qu’elle soit domestique ou industrielle, représente une part significative de la consommation énergétique mondiale. Maintenir efficacement la température souhaitée avec un minimum d’apport énergétique est crucial, tant d’un point de vue économique qu’environnemental.

La climatisation, généralement utilisée pour la gestion thermique intérieure, consomme une énorme quantité d’énergie.

En 2023, la consommation énergétique annuelle mondiale de la climatisation devrait dépasser des centaines de milliards de dollars. Cette somme sera aggravée par les besoins continus de refroidissement (24/7) d’un nombre croissant de grands centres de données.

Le fardeau économique sévère et la dégradation de l’environnement ont créé un besoin urgent de techniques de refroidissement renouvelables avec un minimum d’apport énergétique.

Une nouvelle approche du refroidissement radiatif

Dans un nouvel article publié dans eLight, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Baohua Jia de l’Université RMIT à Melbourne, a développé un film polymère en rouleau pour améliorer le refroidissement radiatif. Cette technique novatrice est un concept de métasurface rendu possible par l’agencement de structures en forme de tranchées 3D à l’intérieur de la mince couche du film polymère.

La dissipation de chaleur conventionnelle nécessite généralement une consommation d’énergie supplémentaire. La technologie de refroidissement radiatif a attiré une attention considérable en raison de sa capacité unique à émettre un rayonnement thermique dans l’espace extra-atmosphérique, refroidissant l’objet sans consommer d’énergie.

Un refroidisseur radiatif idéal devrait avoir une émissivité élevée dans la fenêtre de transparence atmosphérique de la Terre. Les refroidisseurs radiatifs devraient fortement réfléchir l’irradiation solaire pour éviter d’être chauffés par la lumière du soleil.

a. Image conceptuelle du film de refroidissement à métasurface en polymère à grande échelle qui refroidit la terre sous la lumière du soleil. b. Photo du film de refroidissement à métasurface en polymère à grande échelle et flexible. c. Image MEB des microstructures du film de refroidissement à métasurface en polymère. Crédit : by Keng-Te Lin, Xianbo Nian, Ke Li, Jihong Han, Nan Zheng, Xiaokang Lu, Chunsheng Guo, Han Lin, and Baohua Jia

Les avantages des films polymères

Les effets de refroidissement radiatif ont été démontrés avec succès dans trois types distincts, basés sur les matériaux utilisés et les stratégies d’ingénierie structurelle : les polymères, les films minces multicouches et les métamatériaux.

Parmi ces conceptions, les films polymères ont montré de nombreuses caractéristiques attrayantes. Ils comprennent une faible absorption solaire, une émissivité relativement élevée dans les fenêtres de transparence atmosphérique, un faible coût et une évolutivité, ce qui les rend très prometteurs pour des applications réelles.

En synthèse

La gestion thermique domestique et industrielle représente une part importante de la consommation énergétique mondiale. Le besoin urgent de techniques de refroidissement renouvelables avec un minimum d’apport énergétique a conduit à la création d’un film polymère en rouleau pour améliorer le refroidissement radiatif.

Cette technique novatrice, développée par une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Baohua Jia de l’Université RMIT à Melbourne, utilise un concept de métasurface rendu possible par l’agencement de structures en forme de tranchées 3D à l’intérieur de la mince couche du film polymère.

Le film polymère de refroidissement radiatif de métasurface (PMRC) de 50 μm d’épaisseur reflète presque toute la lumière du soleil incidente, tout en émettant fortement un rayonnement thermique dans les fenêtres de transparence atmosphérique. Cela se traduit par une performance de refroidissement exceptionnelle tout au long de la journée.

Il peut être facilement intégré dans divers dispositifs, tels qu’un réservoir d’eau, une combinaison de protection COVID et une housse de voiture, atteignant une excellente performance de refroidissement. Le film PMRC flexible, fabriqué en grande série par la technique d’impression en rouleau, est économique et facilement rattachable à n’importe quel objet pour des applications de refroidissement larges, répondant aux besoins de refroidissement stricts sans consommation d’énergie.

Par ailleurs, il présente une absorption et une émission omnidirectionnelles tout en offrant une performance de refroidissement supérieure. Il offre également une flexibilité, une évolutivité et une bonne stabilité, promettant d’énormes applications pratiques dans la gestion thermique.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le refroidissement radiatif ?

Le refroidissement radiatif est une technologie qui permet de dissiper la chaleur en émettant un rayonnement thermique dans l’espace extra-atmosphérique, sans consommer d’énergie.

Qu’est-ce qu’un film polymère de refroidissement radiatif ?

C’est un film mince, fabriqué à partir de polymères, qui a été conçu pour améliorer le refroidissement radiatif. Il est capable de réfléchir presque toute la lumière du soleil incidente tout en émettant fortement un rayonnement thermique dans les fenêtres de transparence atmosphérique.

Quels sont les avantages des films polymères pour le refroidissement radiatif ?

Les films polymères présentent de nombreux avantages, notamment une faible absorption solaire, une émissivité relativement élevée dans les fenêtres de transparence atmosphérique, un faible coût et une évolutivité. Ils sont donc très prometteurs pour des applications réelles.

Comment le film polymère de refroidissement radiatif a-t-il été fabriqué ?

Le film a été fabriqué en utilisant une technique d’impression en rouleau, qui est favorable à la fabrication. Les structures de métasurface en forme de tranchées ont été arrangées à l’intérieur de la mince couche du film polymère.

Quelles sont les applications potentielles du film polymère de refroidissement radiatif

Le film peut être facilement intégré dans divers dispositifs, tels qu’un réservoir d’eau, une combinaison de protection COVID et une housse de voiture, pour obtenir une excellente performance de refroidissement. Il est flexible, évolutif et stable, ce qui promet d’énormes applications pratiques dans la gestion thermique.

Article publié dans eLight par une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Baohua Jia de l’Université RMIT à Melbourne. Article : “Highly efficient flexible structured metasurface by roll-to-roll printing for diurnal radiative cooling” – 10.1186/s43593-023-00053-3

[ Rédaction ]

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