Le chauffage et la climatisation représentent une part importante de la consommation énergétique d’un bâtiment, mais un nouveau système d’ombrage dynamique utilisant des cellules optofluidiques pour bloquer la lumière à la demande pourrait y remédier.
De l’eau et des pigments pour rafraîchir les bâtiments
Minuscules organismes marins habituellement transparents, les krills peuvent déplacer les pigments de leurs cellules sous-cutanées, ce qui leur permet de devenir plus sombres pour se protéger des dommages causés par les rayons UV. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature Communications, des chercheurs de l’université de Toronto se sont inspirés de cette étonnante capacité afin d’ombrager dynamiquement les fenêtres et les façades des bâtiments.
Le prototype de l’équipe est composé de cellules optofluidiques pouvant passer de la transparence à l’opacité à la demande, en utilisant une faible quantité d’énergie. À l’intérieur de la cellule, une couche d’huile minérale d’un millimètre est placée entre deux feuilles de plastique. Pour la rendre plus sombre, une petite quantité d’eau contenant un pigment ou un colorant est injectée via un tube connecté, créant ainsi une « efflorescence » qui va occulter la lumière.
Plus la quantité de pigment injectée est importante, plus le motif est étendu et sa forme peut également être contrôlée. Un faible débit donnera ainsi un motif circulaire, tandis qu’un plus élevé produira des structures arborescentes ramifiées. Le pigment peut ensuite être pompé pour ramener la cellule à son état transparent.
« Ces fluides confinés verts et durables peuvent être utilisés pour modifier les propriétés des matériaux », explique Ben Hatton, auteur principal de l’étude. « Nous pouvons non seulement contrôler la taille et la forme du motif, mais également les propriétés chimiques ou optiques du colorant dans l’eau, afin qu’il présente la couleur ou l’opacité souhaitée. »
Une facture énergétique réduite de 30 %
Ce réseau de cellules optofluidiques pourrait être intégré aux fenêtres ou façades de bâtiments afin de réguler la température intérieure pour un coût énergétique minimal. Dans la chaleur d’une journée d’été, les cellules pourraient être rendues opaques pour bloquer la lumière du soleil, avant de redevenir transparentes lorsque le soleil se couche.
Les chercheurs ont modélisé le fonctionnement d’un tel système à l’échelle d’un bâtiment et ont comparé les économies d’énergie potentielles à deux autres systèmes : les stores motorisés et les fenêtres électrochromiques, utilisant des variations de tension pour modifier la transparence d’un revêtement en verre.
« Nous avons découvert que notre système pouvait réduire jusqu’à 30 % l’énergie nécessaire au chauffage, à la climatisation et à l’éclairage par rapport aux deux autres options », explique Raphael Kay, co-auteur de l’étude. « Cela s’explique principalement par le fait que nous disposons d’un contrôle beaucoup plus étroit sur l’étendue et l’évolution de la protection solaire. Ce système pourrait être comparé à l’ouverture et à la fermeture de centaines de petits stores à différents endroits et à différents moments sur une façade. Nous pouvons réaliser tout cela avec un flux de fluide simple, évolutif et peu coûteux. »
