Des physiciens américains ont conçu un nouveau matériau pour isoler les fenêtres qui pourrait améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments dans le monde entier – et il fonctionne un peu comme une version high-tech du papier bulle.
Le matériau de l’équipe, appelé Isolant Thermique Optiquement Clair Mésoporeux, ou MOCHI, se présente sous forme de grandes dalles ou de fines feuilles qui peuvent être appliquées à l’intérieur de n’importe quelle fenêtre. Jusqu’à présent, l’équipe ne fabrique le matériau qu’en laboratoire, et il n’est pas disponible pour les consommateurs. Mais les chercheurs affirment que le MOCHI est durable et presque complètement transparent.
Cela signifie qu’il ne perturbera pas votre vue, contrairement à de nombreux matériaux isolants sur le marché aujourd’hui.
« Pour bloquer les échanges de chaleur, vous pouvez mettre beaucoup d’isolation dans vos murs, mais les fenêtres doivent être transparentes« , a expliqué Ivan Smalyukh, auteur principal de l’étude et professeur de physique à CU Boulder. « Trouver des isolants qui sont transparents est vraiment un défi. »
Les bâtiments, des maisons individuelles aux gratte-ciel de bureaux, consomment environ 40 % de toute l’énergie produite dans le monde. Ils fuient également, perdant de la chaleur vers l’extérieur les jours froids et en absorbant lorsque la température monte.
Smalyukh et ses collègues visent à ralentir cet échange.
Le matériau MOCHI du groupe est un gel de silicone avec une particularité : le gel piège l’air à travers un réseau de pores minuscules, bien plus fins que l’épaisseur d’un cheveu humain. Ces minuscules bulles d’air sont si efficaces pour bloquer la chaleur que vous pouvez utiliser une feuille de MOCHI de seulement 5 millimètres d’épaisseur pour tenir une flamme dans la paume de votre main.
« Peu importe les températures extérieures, nous voulons que les gens puissent avoir des températures confortables à l’intérieur sans avoir à gaspiller d’énergie« , a déclaré Smalyukh, membre du Renewable And Sustainable Energy Institute (RASEI) à CU Boulder.
Magie des bulles
Smalyukh a indiqué que le secret du MOCHI réside dans le contrôle précis de ces poches d’air.
La nouvelle invention de l’équipe est similaire aux aérogels, une classe de matériau isolant largement utilisée aujourd’hui. (La NASA utilise des aérogels à l’intérieur de ses rovers martiens pour garder les composants électroniques au chaud).
Comme le MOCHI, les aérogels piègent d’innombrables poches d’air. Mais ces bulles ont tendance à être réparties de manière aléatoire dans les aérogels et réfléchissent souvent la lumière plutôt que de la laisser passer. En conséquence, ces matériaux ont souvent un aspect trouble, c’est pourquoi on les appelle parfois « fumée gelée« .
Dans cette nouvelle recherche, Smalyukh et ses collègues ont voulu adopter une approche différente de l’isolation.
Pour fabriquer le MOCHI, le groupe mélange un type spécial de molécules appelées tensioactifs dans une solution liquide. Ces molécules s’agrègent naturellement pour former de fins filaments, un processus qui n’est pas sans rappeler la séparation de l’huile et du vinaigre dans une vinaigrette. Ensuite, les molécules de silicone dans la même solution commencent à adhérer à l’extérieur de ces filaments.
À travers une série d’étapes, les chercheurs remplacent ensuite les agrégats de molécules détergentes par de l’air. Il reste alors du silicone entourant un réseau de canaux incroyablement petits remplis d’air, que Smalyukh compare à un cauchemar de plombier.
Au total, l’air représente plus de 90 % du volume du matériau MOCHI.
Piéger la chaleur
Smalyukh a expliqué que la chaleur traverse un gaz selon un processus qui ressemble à un jeu de billard : la chaleur énergise les molécules et atomes du gaz, qui entrent ensuite en collision avec d’autres molécules et atomes, transférant ainsi l’énergie.
Les bulles dans le matériau MOCHI sont cependant si petites que les gaz à l’intérieur ne peuvent pas entrer en collision les uns avec les autres, empêchant efficacement la chaleur de circuler.
« Les molécules n’ont pas la possibilité d’entrer librement en collision les unes avec les autres et d’échanger de l’énergie« , a-t-il précisé. « Au lieu de cela, elles heurtent les parois des pores.«
En même temps, le matériau MOCHI ne réfléchit qu’environ 0,2 % de la lumière incidente.
Les chercheurs voient de nombreuses utilisations pour ce matériau transparent mais isolant. Les ingénieurs pourraient concevoir un dispositif utilisant le MOCHI pour piéger la chaleur du soleil, la convertissant en une énergie bon marché et durable.
Même par un jour un peu nuageux, vous pourriez encore capter beaucoup d’énergie et l’utiliser pour chauffer votre eau et l’intérieur de votre bâtiment, a-t-il ajouté.
Vous ne verrez probablement pas ces produits sur le marché de sitôt. Actuellement, l’équipe dépend d’un processus long pour produire le MOCHI en laboratoire. Mais Smalyukh est convaincu que le processus de fabrication peut être rationalisé. Les ingrédients que son équipe utilise pour fabriquer le MOCHI sont également relativement peu coûteux, ce qui, selon le physicien, est de bon augure pour transformer ce matériau en un produit commercial.
Pour l’instant, l’avenir du MOCHI, comme la vue à travers une fenêtre recouverte de ce matériau isolant, semble prometteur.
Article : Mesoporous optically clear heat insulators for sustainable building envelopes – Journal : Science – DOI : 10.1126/science.adx5568
Les co-auteurs de la nouvelle étude incluent Amit Bhardwaj, Blaise Fleury, Eldo Abraham et Taewoo Lee, associés de recherche postdoctoraux au Département de Physique de CU Boulder. Bohdan Senyuk, Jan Bart ten Hove et Vladyslav Cherpak, anciens chercheurs postdoctoraux à CU Boulder, ont également servi de co-auteurs.
Source : CU Boulder
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