Un revêtement de verre intelligent pourrait refroidir les bâtiments en verre

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer ont développé un revêtement intelligent pour le verre de construction qui peut s'assombrir automatiquement à la lumière du soleil. Cette technologie combine des matériaux électrochromiques et thermochromiques, réagissant à la fois aux stimuli électriques et aux changements de température. Dans les bâtiments modernes avec de vastes murs-rideaux en verre, le revêtement réduit efficacement la surchauffe intérieure causée par le rayonnement solaire, diminuant ainsi la dépendance aux systèmes de climatisation énergivores.

L'industrie de la construction est l'une des principales sources d'émissions mondiales de gaz à effet de serre. En Allemagne, par exemple, selon les statistiques de l'Agence fédérale de l'environnement, le secteur du bâtiment représente environ 30 % des émissions de dioxyde de carbone du pays et 35 % de sa consommation d'énergie. Les bâtiments avec de grandes façades et toits en verre, en particulier les structures de bureaux, subissent de fortes augmentations de la température intérieure lors d'un fort rayonnement solaire estival. Les dispositifs d'ombrage traditionnels tels que les stores et les rideaux compromettent souvent l'esthétique visuelle et obstruent la vue. Par conséquent, ces bâtiments dépendent couramment de la climatisation pour le refroidissement, ce qui entraîne une consommation d'électricité élevée et une empreinte carbone accrue.

Pour résoudre ce problème, l'Institut Fraunhofer de recherche sur les silicates (ISC) et l'Institut Fraunhofer pour l'électronique organique, le faisceau d'électrons et la technologie des plasmas (FEP) ont conjointement dirigé le projet "Switch2Save" financé par l'UE. Ils ont collaboré avec des universités et des partenaires industriels de plusieurs pays européens pour faire progresser le développement et l'application de la technologie de revêtement de fenêtres intelligentes.

Dans ce système de revêtement intelligent, le composant électrochromique est basé sur un film conducteur transparent. L'application d'une tension au film déclenche la migration des ions et des électrons, permettant au verre de passer de manière réversible de transparent à sombre. Le revêtement thermochromique, quant à lui, réfléchit automatiquement la chaleur solaire lorsque la température ambiante atteint un seuil spécifique, fonctionnant sans alimentation externe comme un mécanisme de réponse passif.

Les éléments électrochromiques peuvent être intégrés à des capteurs et à un système de contrôle pour surveiller l'intensité lumineuse et la température en temps réel. Lorsque les valeurs dépassent les paramètres définis, le système envoie un signal électrique au film conducteur, assombrissant progressivement le verre. Cela bloque efficacement l'apport de chaleur et offre une fonctionnalité anti-éblouissement. Par temps nuageux ou la nuit, le verre redevient totalement transparent, maximisant l'introduction de la lumière naturelle.

La technologie a déjà été mise en œuvre dans des applications pratiques de construction. Par exemple, ce système de verre intelligent a été installé dans la clinique pédiatrique d'un grand hôpital à Athènes, en Grèce, et dans un immeuble de bureaux à Uppsala, en Suède. Les chercheurs mèneront une étude de surveillance de la consommation d'énergie d'un an pour comparer l'utilisation de l'électricité des systèmes de climatisation avant et après la modernisation, vérifiant ainsi les performances d'économie d'énergie dans des conditions climatiques réelles.

En termes de fabrication, l'équipe utilise des procédés chimiques humides et la technologie de revêtement sous vide. Le revêtement électrochromique est intégré sur un film polymère flexible, tandis que la couche thermochromique est préparée sur un substrat en verre ultra-mince. Les méthodes de production de type "roll-to-roll" permettent une fabrication économique et évolutive. Le produit final ne fait que quelques centaines de micromètres d'épaisseur et pèse moins de 500 grammes par mètre carré, ce qui facilite son installation dans les fenêtres des bâtiments existants sans modifications structurelles.

Actuellement, l'équipe du projet se concentre sur l'amélioration de l'applicabilité de la technologie. Les efforts comprennent la combinaison d'unités électrochromiques et thermochromiques pour améliorer la flexibilité réglementaire, le développement de procédés de revêtement adaptés au verre courbé et l'élargissement des options de couleur au-delà du gris et du bleu pour répondre aux divers besoins esthétiques architecturaux.

Alors que le réchauffement climatique et le Pacte vert pour l'Europe progressent, la demande de technologies de construction écoénergétiques augmente rapidement. Tous les bâtiments de l'UE devraient atteindre la neutralité carbone d'ici 2050. Les technologies de fenêtres intelligentes comme Switch2Save sont prêtes à jouer un rôle clé dans la promotion de la transformation à faible émission de carbone de l'industrie de la construction.