Un nouveau revêtement des fenêtres bloque la chaleur, mais pas la vue

Les fenêtres laissent entrer une lumière bienveillante dans les espaces intérieurs, mais elles apportent également et surtout l’été une chaleur bien souvent indésirable. Un nouveau revêtement pour fenêtres est en mesure de bloquer la lumière ultraviolette et infrarouge génératrice de chaleur afin de laisser passer la lumière visible, quelle que soit l’angle du soleil. Le revêtement peut être incorporé aux fenêtres ou aux automobiles existantes et peut réduire les coûts de climatisation de plus d’un tiers dans les climats chauds.

Un revêtement qui s’adapte à la position du soleil

« L’angle entre le soleil et votre fenêtre change constamment », a déclaré Tengfei Luo, professeur d’études énergétiques à l’Université de Notre Dame (USA) et responsable de l’étude. « Notre revêtement maintient sa fonctionnalité et son efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel. »

Les revêtements de fenêtres utilisés dans de nombreuses études récentes sont optimisés pour la lumière qui pénètre dans une pièce à un angle de 90 degrés. Pourtant, à midi, souvent le moment le plus chaud de la journée, les rayons du soleil pénètrent dans les fenêtres installées verticalement à des angles obliques.

Une structure multicouche optimisée

Le Pr. Luo et son associé postdoctoral Seongmin Kim ont précédemment fabriqué un revêtement de fenêtre transparent en empilant des couches ultra-minces de silice, d’alumine et d’oxyde de titane sur une base de verre. Un polymère de silicium d’une épaisseur micrométrique a été ajouté pour améliorer le pouvoir de refroidissement de la structure en réfléchissant le rayonnement thermique à travers la fenêtre atmosphérique et dans l’espace.

Une optimisation supplémentaire de l’ordre des couches était nécessaire pour garantir que le revêtement puisse accueillir plusieurs angles de lumière solaire. Cependant, une approche par tâtonnements n’était pas pratique, étant donné le nombre immense de combinaisons possibles, a précisé Tengfei Luo.

L’informatique quantique à la rescousse

Pour réorganiser les couches dans une configuration optimale – une qui maximise la transmission de la lumière visible tout en minimisant le passage des longueurs d’onde produisant de la chaleur – l’équipe a utilisé l’informatique quantique, ou plus précisément, le recuit quantique, et a validé leurs résultats expérimentalement.

Leur modèle a produit un revêtement qui a à la fois maintenu la transparence et réduit la température de 5,4 à 7,2 degrés Celsius dans une pièce modèle, même lorsque la lumière était transmise dans une large gamme d’angles.

« Comme des lunettes de soleil polarisées, notre revêtement atténue l’intensité de la lumière entrante, mais, contrairement aux lunettes de soleil, notre revêtement reste clair et efficace même lorsque vous l’inclinez à différents angles », a ajouté Tengfei Luo.

Une approche applicable à d’autres matériaux

Le schéma d’apprentissage actif et d’informatique quantique développé pour créer ce revêtement peut être utilisé pour la conception d’une large gamme de matériaux aux propriétés complexes.

Légende illustration : Des chercheurs de l’université de Notre Dame ont mis au point un nouveau revêtement de fenêtre qui bloque les rayons ultraviolets et infrarouges générateurs de chaleur et laisse passer la lumière visible, quel que soit l’angle du soleil.

Article : « Wide-Angle Spectral Filter for Energy-Saving Windows Designed by Quantum Annealing-Enhanced Active Learning » – DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847