Des recherches montrent comment les plastiques courants pourraient refroidir et chauffer passivement les bâtiments au fil des saisons.

Des chercheurs de Princeton et de l’UCLA ont développé un mécanisme passif pour rafraîchir les bâtiments en été et les réchauffer en hiver.

Dans un article publié le 27 juin dans la revue Rapports cellulaires Sciences physiquesIls rapportent qu’en limitant les flux de chaleur radiante entre les bâtiments et leur environnement à des longueurs d’onde spécifiques, les revêtements conçus à partir de matériaux courants peuvent permettre des économies d’énergie et un confort thermique qui vont au-delà de ce que les enveloppes de bâtiment traditionnelles peuvent réaliser.

« Avec l’augmentation des températures mondiales, maintenir des bâtiments habitables est devenu un défi mondial », a déclaré le chercheur Jyotirmoy Mandal, professeur adjoint de génie civil et environnemental à Princeton. « Les bâtiments échangent la majorité de leur chaleur avec leur environnement sous forme de rayonnement, et en adaptant les propriétés optiques de leurs enveloppes pour exploiter le comportement du rayonnement dans notre environnement, nous pouvons contrôler la chaleur dans les bâtiments de manière nouvelle et efficace. »

La chaleur rayonnante, transportée par les ondes électromagnétiques, est omniprésente : nous la ressentons lorsque la lumière du soleil réchauffe notre peau ou lorsqu’un serpentin électrique chauffe une pièce. Réguler la température des bâtiments en contrôlant la chaleur rayonnante est une pratique courante. La plupart des bâtiments utilisent des stores pour bloquer la lumière du soleil, et beaucoup peignent les toits et les murs en blanc pour refléter le soleil.

“Si nous regardons des villes historiques comme Santorin en Grèce ou Jodhpur en Inde, nous constatons que le refroidissement des bâtiments en faisant en sorte que les toits et les murs reflètent la lumière du soleil est pratiqué depuis des siècles”, a déclaré le chercheur Aaswath Raman, professeur agrégé de science et d’ingénierie des matériaux à l’UCLA. . “Ces dernières années, les revêtements de toit froids qui reflètent la lumière du soleil ont suscité un intérêt massif. Mais le refroidissement des murs et des fenêtres constitue un défi beaucoup plus subtil et complexe.”

Les toits offrent généralement une vue dégagée sur le ciel. Cela permet aux revêtements de toiture froids de réfléchir la lumière du soleil et de rayonner de la chaleur à ondes longues vers le ciel et éventuellement vers l’espace. Les murs et les fenêtres, en revanche, donnent généralement vue sur le sol et les bâtiments voisins.

Par temps chaud, ils sont réchauffés par la chaleur rayonnante des rues chaudes, des trottoirs et des bâtiments voisins visibles. Cela signifie que même si les murs et les fenêtres rayonnent de la chaleur vers le ciel, ils sont encore plus chauffés par la terre. Par temps froid, l’environnement terrestre devient plus froid, évacuant la chaleur des murs et des fenêtres.

Les chercheurs ont découvert que la solution à ce problème réside dans la façon différente dont la chaleur se déplace entre les bâtiments et la zone au niveau du sol et entre les bâtiments et le ciel. La chaleur rayonnante se déplace des bâtiments vers le ciel dans une portion étroite du spectre infrarouge appelée fenêtre de transmission atmosphérique, que les chercheurs appellent bande étroite. Au niveau du sol, la chaleur rayonnante se déplace sur l’ensemble du spectre infrarouge, que les chercheurs appellent bande large.

“En recouvrant les murs et les fenêtres de matériaux qui rayonnent ou absorbent uniquement la chaleur dans la fenêtre atmosphérique, nous pouvons réduire les gains de chaleur à large bande provenant du sol en été et les pertes en hiver, tout en maintenant l’effet rafraîchissant du ciel. Nous pensons que cette idée est sans précédent et va au-delà de ce que les enveloppes traditionnelles de toit et de mur peuvent réaliser », a noté Mandal.

L’impact des résultats est significatif pour deux raisons importantes. Premièrement, les chercheurs montrent dans l’article que de nombreux matériaux de construction courants et peu coûteux rayonnent de la chaleur à bande étroite et bloquent la chaleur à large bande. Des matériaux tels que le fluorure de polyvinyle, déjà utilisé comme matériau de revêtement, pourraient être adaptés à cet effet, tout comme des plastiques encore plus courants.

“Nous avons été vraiment enthousiasmés lorsque nous avons découvert que des matériaux comme le polypropylène, que nous obtenions à partir de plastiques ménagers, rayonnaient ou absorbaient sélectivement la chaleur dans la fenêtre atmosphérique.” » a noté Raman. “Ces matériaux frisent le banal, mais la même évolutivité qui les rend courants signifie également que nous pourrions les voir thermoréguler les bâtiments dans un avenir proche.”

La deuxième raison d’être optimiste est que les impacts énergétiques potentiels à l’échelle du bâtiment sont substantiels. Les chercheurs ont noté que les économies d’énergie saisonnières grâce à leur mécanisme sont comparables aux avantages de peindre les toits sombres en blanc. Cela pourrait être utile alors que les coûts de la climatisation et les pertes liées à la chaleur continuent de monter en flèche dans le monde entier. Mandal et Raman prévoient de poursuivre ces recherches.

“Le mécanisme que nous avons proposé est entièrement passif, ce qui en fait un moyen durable de refroidir et de chauffer les bâtiments au fil des saisons et de générer des économies d’énergie inexploitées”, note Mandal. “En fait, les avantages des mécanismes et des matériaux que nous montrons sont les plus importants pour les bâtiments des pays du Sud. Cela pourrait donc constituer une solution plus équitable pour les communautés pauvres en ressources, d’autant plus qu’elles constatent une augmentation des demandes de refroidissement et des mortalités liées à la chaleur. “.

Outre Mandal et Raman, les auteurs incluent Jyothis Anand, d’Oak Ridge National Lab ; John Brewer, de l’UCLA ; Sagar Mandal, chercheur indépendant, et Arvind Ramachandran, de l’Arizona State University.