La consommation énergétique des bâtiments est un enjeu majeur de notre époque. En effet, environ la moitié de l’énergie consommée par un bâtiment moyen aux USA est dédiée au chauffage et à la climatisation. Une équipe de chercheurs américains propose une solution ingénieuse pour réduire cette consommation.
Une tuile adaptative pour réguler la température
Charlie Xiao, Elliot Hawkes et Bolin Liao, chercheurs à l’UC Santa Barbara, ont développé une tuile adaptative capable de réduire les factures de chauffage en hiver et de climatisation en été, sans nécessiter d’électronique. Cette tuile, une fois déployée en grilles sur les toits, peut changer d’état en fonction de la température, passant d’un état de chauffage à un état de refroidissement. La température cible est d’environ 18°C.
Le dispositif, d’une taille d’environ 10 cm carrés, est un mélange d’expertise en science thermique et en conception de mécanismes. Il est capable de changer ses propriétés thermiques en réponse à une gamme de températures.
Le rôle du moteur à cire
Le concept de tuiles de toit adaptatives a pris sa forme finale grâce à l’idée de Xiao d’utiliser un moteur à cire. Ce moteur crée une pression qui déplace des pièces mécaniques, transformant l’énergie thermique en énergie mécanique.
Dans le cas de la tuile, le moteur à cire peut pousser ou rétracter des pistons qui ferment ou ouvrent des volets sur la surface de la tuile.
En cas de températures plus fraîches, lorsque la cire est solide, les volets sont fermés et la surface absorbe la lumière du soleil et minimise la dissipation de chaleur par radiation. Mais dès que la température atteint environ 18°C, la cire commence à fondre et à se dilater, poussant les volets à s’ouvrir et exposant une surface qui réfléchit la lumière du soleil et émet de la chaleur.
Des résultats prometteurs
Les tests ont démontré une réduction de la consommation d’énergie pour le refroidissement de 3,1 fois et pour le chauffage de 2,6 fois par rapport aux dispositifs non commutables recouverts de revêtements réfléchissants ou absorbants conventionnels. De plus, grâce au moteur à cire, aucun électronique, batterie ou source d’énergie externe n’est nécessaire pour faire fonctionner le dispositif.
La simplicité de sa conception permet une personnalisation : différents revêtements thermiques et divers types de cire peuvent être utilisés pour permettre au dispositif de fonctionner à des plages de température souhaitées, tout en se prêtant à une fabrication en masse.
En synthèse
Cette tuile adaptative est encore à l’état de preuve de concept, mais les chercheurs espèrent qu’elle conduira à de nouvelles technologies qui pourraient un jour avoir un impact positif sur la consommation d’énergie dans les bâtiments.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une tuile adaptative ?
Une tuile adaptative est un dispositif qui peut changer ses propriétés thermiques en réponse à une gamme de températures, passant d’un état de chauffage à un état de refroidissement.
Comment fonctionne le moteur à cire ?
Le moteur à cire crée une pression qui déplace des pièces mécaniques, transformant l’énergie thermique en énergie mécanique. Dans le cas de la tuile, le moteur à cire peut pousser ou rétracter des pistons qui ferment ou ouvrent des volets sur la surface de la tuile.
Quels sont les avantages de cette tuile adaptative ?
Les tests ont démontré une réduction de la consommation d’énergie pour le refroidissement de 3,1 fois et pour le chauffage de 2,6 fois par rapport aux dispositifs non commutables recouverts de revêtements réfléchissants ou absorbants conventionnels.
Quelles sont les possibilités de personnalisation de cette tuile ?
Différents revêtements thermiques et divers types de cire peuvent être utilisés pour permettre au dispositif de fonctionner à des plages de température souhaitées, tout en se prêtant à une fabrication en masse.
Quel est l’avenir de cette technologie ?
Cette tuile adaptative est encore à l’état de preuve de concept, mais les chercheurs espèrent qu’elle conduira à de nouvelles technologies qui pourraient un jour avoir un impact positif sur la consommation d’énergie dans les bâtiments.
Références
Article : “Passively adaptive radiative switch for thermoregulation in buildings” – DOI: https://doi.org/10.1016/j.device.2023.100186
Xiao, C., Hawkes, E., & Liao, B. (2023). An adaptive tile for energy-efficient buildings. Device.
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