Un rideau de froid au lieu de la climatisation

Tout a commencé par une vague idée : "Nous pensions qu'il serait intéressant de combiner des fonctions opposées dans un même matériau", raconte Mario Stucki, doctorant au Functional Materials Laboratory de l'ETH Zurich. Il a combiné deux couches de polyéthurane hydrophobe (qui repousse l'eau) avec une couche intermédiaire de polymère hydrophile (qui attire l'eau). La membrane résultante est sèche au toucher, bien qu'elle soit imprégnée d'eau. Et comme les couches extérieures sont recouvertes de trous d'environ un micromètre de diamètre, l'eau peut s'échapper de la couche centrale dans l'environnement.

Alternative pour les régions touchées par la chaleur

Lorsque Stucki a réalisé à quel point le transport de l'eau fonctionnait bien à travers les différentes couches, l'idée d'un rideau de refroidissement est née. "L'évaporation de l'eau nécessite beaucoup d'énergie", explique Stucki. "La chaleur est alors extraite de l'air, qui se refroidit, et l'humidité de l'air ambiant augmente en même temps". Les humidificateurs d'air traditionnels fonctionnent de la même manière - mais ils ont besoin de beaucoup d'électricité pour cela. Le système de Stucki, en revanche, est passif. "Le rayonnement solaire qui tombe sur le rideau à travers une fenêtre fournit suffisamment d'énergie pour ce type de climatisation de l'espace".

Pour les régions chaudes et sèches, de tels rideaux pourraient être une bénédiction. Dans la péninsule arabique, les habitants ont souffert en 2015 d'une vague de chaleur avec des températures de plus de 50°C. Et les climatologues prévoient des températures encore plus élevées et une plus grande sécheresse dans les zones désertiques. Cela pourrait même rendre certaines zones climatiques inhabitables. Refroidir les b?timents et les pièces devient donc de plus en plus essentiel, mais cela consomme énormément d'électricité. Aux ?tats-Unis, par exemple, les climatiseurs représentent aujourd'hui environ 15 % de la consommation d'énergie. Une grande partie de cette énergie provient de sources fossiles. Le rideau de froid passif serait une alternative respectueuse de l'environnement et du climat.

Développement d'une innovation antérieure

Stucki a fait sensation dès 2013 avec son travail de master à l'ETH Zurich : En très peu de temps, il a développé un nouveau type de matériau pour les activités de plein air. Contrairement aux textiles fonctionnels habituels, celui-ci ne contient pas de composés fluorés nocifs pour l'environnement et la santé.

Ses recherches actuelles font appel à l'invention de l'époque : il a fonctionnalisé son textile par le biais d'espaces réservés. Pour ce faire, il a mélangé de minuscules particules de chaux au polymère liquide qui sera ensuite transformé en textile. La chaux peut ensuite être extraite du matériau solide par traitement avec de l'acide chlorhydrique ou acétique, de sorte que de minuscules trous apparaissent à l'endroit des nanoparticules. Ceux-ci sont nécessaires pour que le matériau soit fonctionnel et puisse "respirer". Les parois extérieures du rideau de refroidissement sont fabriquées à partir d'un tel plastique poreux, afin que la couche centrale hydrophile puisse tout simplement libérer l'eau dans l'environnement.

Pour combiner les différentes couches en un seul matériau, Stucki a pu s'appuyer sur une méthode développée en 2012 par le professeur de l'ETH Wendelin Stark et son groupe. Les différentes couches ne sont pas collées les unes aux autres, comme c'est généralement le cas dans les processus industriels. Elles sont plut?t superposées dans un solvant approprié, ce qui permet aux couches extérieures de se dissoudre légèrement et de se lier à la couche intermédiaire. C'est la seule fa?on pour les chercheurs de s'assurer que le matériau extérieur de la membrane reste poreux.

"Preuve du concept" réussie

Stucki a pu prouver la fonctionnalité de principe du rideau de fra?cheur par des essais. Pour ce faire, il a placé la membrane à trois couches dans un bain d'eau et a mesuré le rejet d'eau dans l'environnement (entre 1,2 et 1,7 kilogramme d'eau par jour et par mètre carré) à 30°C et 50 pour cent d'humidité. Les chercheurs ont extrapolé les résultats à un b?timent cubique de 10 mètres de c?té. La surface de rideau disponible à l'intérieur, soit 80m² suffit pour évacuer, à une température extérieure de 40°C et une température intérieure de 30°C, plus de chaleur que le soleil n'en apporte par son rayonnement. La maison serait ainsi refroidie de manière passive.

"Nous avons pu montrer que notre système fonctionne en principe", explique Stucki. "Mais pour une commercialisation, de nombreuses questions devraient encore être clarifiées", comme par exemple le comportement microbiologique du matériau. Car les températures élevées et l'humidité constituent un terrain idéal pour la croissance des bactéries et des champignons. Le plastique de l'enveloppe extérieure pourrait toutefois être remplacé assez facilement par des matériaux antiseptiques, explique Stucki. Selon lui, c'est l'un des avantages de la fonctionnalisation via des nanoparticules de calcaire.

Un autre défi est que les rideaux puissent évaporer l'eau sur toute leur surface. Pour cela, le transport de l'eau dans la membrane doit encore être amélioré. Enfin, on ne sait pas encore combien de temps la membrane fonctionnerait de manière stable.

Après avoir terminé son doctorat cet été, Stucki va d'abord se concentrer sur la commercialisation de textiles d'extérieur sans fluor. Pour cela, il cherche actuellement des partenaires financiers. Il n'exclut toutefois pas que cette nouvelle membrane ait également un potentiel dans le domaine du plein air. En effet, elle convient parfaitement à l'évacuation contr?lée et ciblée de la transpiration - l'une des principales propriétés des textiles fonctionnels.