Un nouveau matériau polymère développé par des chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) pourrait transformer la gestion de la lumière et de la température dans les bâtiments, tout en offrant des propriétés autonettoyantes remarquables.
Un Matériau aux Propriétés Multiples
Les chercheurs de l’Institut de Technologie des Microstructures (IMT) et de l’Institut de Technologie de la Lumière (LTI) du KIT ont mis au point un métamatériau polymère innovant. Ce matériau, appelé Métamatériau Multifonctionnel Micro-Photonique à Base de Polymère (PMMM), pourrait remplacer les composants en verre dans la construction à l’avenir.
Le PMMM se compose de micro-pyramides en silicone, mesurant environ dix micromètres, soit un dixième du diamètre d’un cheveu. Cette conception confère au film PMMM plusieurs fonctions : diffusion de la lumière, autonettoyage et refroidissement radiatif tout en maintenant un haut niveau de transparence.
«Une caractéristique clé est la capacité à rayonner efficacement la chaleur à travers la fenêtre de transmission infrarouge à longue longueur d’onde de l’atmosphère terrestre, libérant ainsi la chaleur dans l’immensité froide de l’univers. Cela permet un refroidissement radiatif passif sans consommation d’électricité,» explique Bryce S. Richards, professeur à l’IMT et au LTI.
Refroidissement, Transmission de Lumière et Absence d’Éblouissement
En laboratoire et lors d’expériences en plein air, les chercheurs ont testé les propriétés du matériau et mesuré sa transmission de lumière, sa diffusion de lumière, ses propriétés de réflexion, sa capacité d’autonettoyage et ses performances de refroidissement à l’aide de la spectrophotométrie moderne. Les résultats ont montré un refroidissement de 6 °C par rapport à la température ambiante.
De plus, le matériau a démontré une haute transmittance spectrale, ou transparence, de 95 %. En comparaison, le verre a typiquement une transparence de 91 %. Simultanément, la structure en micro-pyramides diffuse 73 % de la lumière solaire entrante, produisant une apparence floue.
«Lorsque le matériau est utilisé dans les toits et les murs, il permet des espaces intérieurs lumineux mais sans éblouissement et protégés de la vue, idéaux pour le travail et la vie. Dans les serres, la haute transmittance de la lumière pourrait augmenter les rendements car l’efficacité de la photosynthèse est estimée à neuf pour cent plus élevée que dans les serres avec des toits en verre,» détaille pour sa part Gan Huang, chef de groupe à l’IMT.
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Les micro-pyramides confèrent également au film PMMM des propriétés superhydrophobes, similaires à une feuille de lotus : l’eau perle en gouttelettes et élimine la saleté et la poussière de la surface. Cette fonction autonettoyante rend le matériau facile à entretenir et durable.
Potentiel pour la Construction et le Développement Urbain
«Notre matériau nouvellement développé a le potentiel d’être utilisé dans divers domaines et contribue de manière significative à une architecture durable et écoénergétique,» explique encore Bryce S. Richards.
«Le matériau peut simultanément optimiser l’utilisation de la lumière du soleil à l’intérieur, fournir un refroidissement passif et réduire la dépendance à la climatisation. La solution est évolutive et peut être intégrée de manière transparente dans les plans de construction de bâtiments respectueux de l’environnement et de développement urbain,» ajoute pour conclure Gan Huang.
Article : « Radiative cooling and indoor light management enabled by a transparent and self-cleaning polymer-based metamaterial » – DOI : https://www.nature.com/articles/s41467-024-48150-2
Légende illustration : Refroidissement, transmission de la lumière et absence d’éblouissement : le nouveau matériau combine plusieurs propriétés uniques. (crédit: Gan Huang, KIT)
