Les papillons Morpho inspirent une technologie de refroidissement économe en énergie

Face aux besoins croissants en énergie, une équipe de chercheurs chinois propose une solution innovante. Leur création, des films de refroidissement colorés, s’inspire de la nanostructure des ailes de papillons Morpho pour réduire la consommation d’énergie de manière significative.

Ces films pourraient offrir une nouvelle manière de gérer la chaleur, non seulement pour l’industrie de la construction mais également pour celle de l’automobile.

Le responsable de l’équipe de recherche de l’Université de Shenzhen ( Chine ), Wanlin Wang, explique que « Dans les bâtiments, d’énormes quantités d’énergie sont consommées pour le refroidissement et la ventilation, et l’utilisation de l’air conditionné dans les voitures électriques peut réduire l’autonomie de plus de moitié. Nos films de refroidissement pourraient contribuer à améliorer la durabilité énergétique et la neutralité carbone. »

Publié dans Optica, l’équipe démontre que les films développés abaissent la température des objets colorés d’environ 2°C sous la température ambiante. Plus surprenant encore, lorsque laissée à l’extérieur toute la journée, la version bleue des films était environ 26°C plus froide qu’une peinture de voiture bleue traditionnelle. Cela représente une économie d’énergie annuelle d’environ 1377 MJ/m2.

Une source d’inspiration naturelle

Les ailes du papillon Morpho sont connues pour leur couleur bleu vif obtenue grâce à leur nanostructure spécifique. Cette caractéristique a inspiré les chercheurs pour développer des films de refroidissement offrant des couleurs éclatantes sans absorber la lumière comme le font les peintures traditionnelles.

Les films de refroidissement ont été créés en plaçant un matériau désordonné (verre givré rugueux) sous un matériau multicouche composé de dioxyde de titane et de dioxyde d’aluminium. Cette structure a ensuite été placée sur une couche d’argent qui reflète toute la lumière, évitant ainsi l’absorption du rayonnement solaire et la chaleur associée.

Un refroidissement passif des objets colorés

Grâce à la structure multicouche conçue, l’équipe a réussi à étendre la méthode de refroidissement passif aux objets colorés tout en préservant leur éclat. « En d’autres termes, notre film bleu apparaît bleu sous un large éventail d’angles de vue et ne chauffe pas car il reflète toute la lumière. De plus, une forte saturation et luminosité peuvent être obtenues en optimisant la structure », commente Wanlin Wang.

Pour tester cette nouvelle technologie, les chercheurs ont créé des films bleus, jaunes et incolores. Placés à l’extérieur, sur des surfaces telles que des toits, des voitures, des vêtements et des téléphones portables, ils se sont avérés être plus de 15°C plus frais que les surfaces sur lesquelles ils étaient placés en hiver, et environ 35°C plus frais en été.

En synthèse

Ces films de refroidissement, directement inspirés par la nature, ouvrent la voie à une réduction significative de la consommation d’énergie dans de nombreux domaines. L’équipe de chercheurs envisage désormais d’améliorer encore davantage la robustesse mécanique et chimique de ces films, tout en rendant leur fabrication plus économique et facilement industrialisable.

Pour une meilleure compréhension

Comment ces films de refroidissement fonctionnent-ils ?
Ces films tirent leur couleur de la manière dont leurs composants réfléchissent la lumière. Par exemple, pour obtenir le bleu, le matériau multicouche est conçu pour réfléchir la lumière jaune dans un angle très étroit, tandis que la structure désordonnée diffuse la lumière bleue sur une large zone.

Quels sont les avantages de ces films de refroidissement ?
Outre leur capacité à réduire la consommation d’énergie, ces films présentent l’avantage de pouvoir être utilisés sur une grande variété de surfaces, tout en préservant leur couleur, leur saturation et leur luminosité.

Inspirés par la façon dont le papillon Morpho crée des couleurs, les chercheurs ont mis au point des films réfrigérants colorés qui n’absorbent pas la lumière et ne s’échauffent donc pas. Crédit : Wanlin Wang, Shenzhen University. « Cooling colors below the ambient temperature » – DOI: doi.org/10.1364/OPTICA.487561