Un matériau à base de bois pourrait réduire les coûts énergétiques

Kim Horner

Des chercheurs de l’Université du Texas à Dallas et leurs collaborateurs ont développé et breveté un matériau à base de bois capable de stocker et de restituer la chaleur pour aider à réguler la température des bâtiments sans utiliser d’électricité.

« Notre matériau agit comme une batterie thermique qui se charge en absorbant la chaleur », explique le Dr Shuang (Cynthia) Cui, professeure adjointe en génie mécanique à l’Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

L’équipe de l’UT Dallas a collaboré avec des chercheurs d’institutions telles que le Laboratoire national des énergies renouvelables ( récemment renommé National Laboratory of the Rockies ) qui a soutenu le projet, l’Université du Colorado Boulder, le Lawrence Berkeley National Laboratory et l’Université de Californie, Berkeley. Cui, Fellow et professeure distinguée Eugene McDermott, occupe un poste conjoint au laboratoire national des Rockies, où elle a précédemment été chercheuse postdoctorale et scientifique.

L’approche implique des matériaux à changement de phase, qui accumulent la chaleur en fondant et la libèrent en se solidifiant. De tels matériaux pourraient potentiellement être incorporés dans les cloisons sèches, les planchers ou les toitures pour réduire la demande d’électricité et améliorer l’efficacité énergétique.

« Pendant l’été, par exemple, le matériau à changement de phase absorbera et stockera la chaleur de l’extérieur, ce qui réduirait l’augmentation de la température de la pièce », souligne le Dr Shuang Cui. « Si le bâtiment incorpore suffisamment de matériau à changement de phase, la climatisation pourrait ne pas avoir à être activée. »

Le stockage d’énergie thermique est une approche émergente pour gérer les charges énergétiques dans les bâtiments.

« Le stockage d’énergie thermique offre une solution en exploitant l’excès de chaleur de l’environnement pour une utilisation ultérieure – comme stocker la chaleur diurne pour fournir de la chaleur pendant les nuits froides », affirme pour sa part Bernadette Magalindan, une étudiante en doctorat en génie mécanique dans le laboratoire de Cui et Innovation in Buildings Graduate Research Fellow du Département de l’Énergie.

Les matériaux à changement de phase peuvent fuir lorsqu’ils passent à l’état liquide, ce qui pose un défi à leur utilisation. Une approche pour résoudre ce problème consiste à enfermer les matériaux dans un matériau hôte pour empêcher les fuites. Bien que cette solution puisse fonctionner, elle est moins efficace car le matériau hôte ne stocke pas la chaleur.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont retiré la lignine, une substance dans les cellules végétales qui fournit structure et rigidité, du bois pour créer une structure spongieuse avec de minuscules pores. Ils ont rempli la structure avec un matériau à changement de phase mélangé à un ingrédient qui se transforme en plastique souple. Le plastique souple maintient le matériau à changement de phase en place, même lorsqu’il fond, et renforce le bois. Le matériau obtenu n’a pas fui ni dégradé sur plus de 1 000 cycles de changement de phase.

« Contrairement à de nombreux matériaux de stockage d’énergie qui sacrifient la résistance, ces composites à changement de phase à matrice de bois maintiennent l’intégrité mécanique sous des cycles répétés de chauffage et de refroidissement, les rendant à la fois écoénergétiques et mécaniquement durables, ce qui est essentiel pour une utilisation à long terme dans les bâtiments », indique également le Dr Hongbing Lu, l’un des co-auteurs de l’étude et professeur de génie mécanique, titulaire de la chaire Louis Beecherl Jr. et directeur du Mechanics of Advanced Materials Laboratory.

Les chercheurs prévoient de continuer à améliorer et à commercialiser la technologie.

« Ce fut passionnant de faire partie de ce projet, qui montre des résultats prometteurs pour des bâtiments plus confortables et écoénergétiques », a déclaré Gustavo Felicio Perruci, co-auteur de l’étude et étudiant en doctorat en génie mécanique co-dirigé par Lu et Cui. « Travailler avec nos partenaires des laboratoires nationaux m’a offert une expérience inestimable et ouvert d’importantes portes, démontrant comment des équipes interdisciplinaires peuvent transformer des matériaux durables en solutions concrètes. »

Article : Wood template-supported phase change material composites for durable and form-stable thermal energy storage in buildings – Journal : Materials Today Energy – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Texas- Dallas U.