Des scientifiques développent un matériau capable de chauffer et de refroidir sans utiliser d’électricité

Des Scientifiques Développent Un Matériau Capable De Chauffer Et De

Les vagues de chaleur récentes ont frappé des régions telles que le nord de l’Europe et le nord-ouest du Pacifique qui ont traditionnellement survécu sans beaucoup de climatisation. Au fur et à mesure que les habitants de ces régions s’adapteront à la nouvelle réalité, nous verrons probablement des changements dans la consommation d’électricité, avec des pics de demande typiques des endroits plus au sud.

La pression que ces changements exercent sur le réseau pourrait ajouter au défi de s’éloigner rapidement des combustibles fossiles. Les matériaux qui chauffent ou refroidissent passivement un environnement peuvent réduire la demande d’énergie en répondant à certains de ces besoins sans nécessiter l’utilisation d’énergie.

Certains de ces matériaux reflètent la lumière du soleil entrante pour l’empêcher de chauffer un espace, tandis que d’autres diffusent activement de la chaleur dans l’espace, ce qui est formidable si vous ne vous souciez que de la chaleur. Mais bon nombre de ces zones traversent des saisons et ont des moments où se débarrasser de la chaleur parasite augmentera également la consommation d’énergie.

Mais maintenant, une équipe de chercheurs de l’Université de Nankai à Tianjin, en Chine, a trouvé un moyen de tout avoir : chauffer avec de l’air froid et refroidir lorsque les choses deviennent chaudes, le tout sans avoir besoin d’électricité.

Thermomètre coincé dans le sable de la plage indiquant la chaleur
La découverte pourrait aider les bâtiments à se rafraîchir et à se réchauffer (Image ; Andrey_Popov/)

détecter la chaleur

Les bases des matériaux passifs sont simples. Pour le chauffage, vous avez besoin d’un matériau qui absorbe la lumière et libère de l’énergie sous forme de chaleur. Le refroidissement peut être aussi simple que de refléter cette lumière.

Plus complexe, il est également possible d’incorporer des matériaux qui rayonnent de l’énergie à des longueurs d’onde infrarouges qui ne sont pas absorbées par l’atmosphère, permettant ainsi aux photons de s’échapper dans l’espace.

En règle générale, vous devez choisir l’un ou l’autre – les matériaux ne peuvent pas facilement passer de l’absorption à la réflexion de la lumière du soleil. Le mieux que vous puissiez généralement faire est d’activer ou de désactiver une capacité afin que, par exemple, un matériau cesse de refléter la lumière du soleil dans certaines conditions.

Mais même certaines de ces approches nécessitaient de l’énergie pour passer d’un état à l’autre. Pour le nouveau matériau, l’équipe de recherche s’est inspirée du pliage et du dépliage des feuilles des mimosas, qui changent de forme en fonction des conditions environnementales.

L’idée était d’utiliser quelque chose comme ça pour basculer entre les états de chauffage et de refroidissement en fonction de la température ambiante. Pour faire fonctionner cette idée, ils ont utilisé un polymère qui changeait de forme en fonction de la température.

Le polymère était composé de trois sous-unités distinctes qui pouvaient adopter différentes conformations lorsqu’elles étaient soumises à des contraintes. Lorsque les feuilles de polymère sont étirées à des températures élevées (90°C), elles se dilatent et se contractent à des températures ambiantes intérieures typiques.

Cette feuille sensible à la température a ensuite été fusionnée avec une feuille transparente qui ne réagit pas aux températures. La feuille bicouche résultante subirait des tensions inégales en raison du changement de température, la faisant se recroqueviller lorsqu’elle est refroidie et s’aplatir à nouveau lorsqu’elle est chauffée.

froid

L’appareil peut chauffer et refroidir sans alimentation (Image : )

libérer le refroidissement

En elle-même, la feuille sensible à la température ne serait pas particulièrement utile. Les chercheurs ont ensuite dû l’associer à deux autres matériaux. L’une était une troisième couche pour la feuille sensible à la température avec deux propriétés principales : elle réfléchissait les longueurs d’onde visibles et émettait des photons dans l’infrarouge, lui permettant de rayonner de la chaleur. Le second était un substrat sombre qui absorbait la lumière visible.

Le dispositif final a enveloppé une couche de substrat sombre qui, lorsqu’elle est exposée à la lumière du soleil, l’absorbera et la convertira en chaleur. De plus, il y a la feuille à trois couches, qui change de forme en fonction de la température et réfléchit la lumière du soleil tout en émettant dans l’infrarouge.

À basse température, la feuille sensible à la température s’enroule, exposant le substrat sombre qui absorbe la lumière du soleil, provoquant un échauffement. Une fois que les températures augmentent, cependant, la feuille se déroule, recouvrant cela.

Désormais, au lieu d’être une surface absorbante, elle devient réfléchissante, empêchant la zone de s’échauffer. Cependant, toute chaleur dans la zone couverte par ce système peut rayonner, car la surface réfléchissante émet dans l’infrarouge. Les chercheurs appellent de manière créative ces deux états modes de chauffage et de refroidissement.

Environ 73 % de la lumière solaire entrante est absorbée en mode chauffage. D’autre part, le passage en mode refroidissement indique que seulement 35 % de la lumière solaire entrante est absorbée et que les émissions dans l’infrarouge moyen augmentent de 67 %.

Bien que la feuille réfléchissante soit mince et semble fragile, les chercheurs l’ont testée pendant plus de 500 cycles d’enroulement/déroulage et elle a survécu sans problème apparent. Le seul problème que l’équipe a remarqué était que la couche réfléchissante n’établissait pas un contact solide avec la couche non réfléchissante lorsqu’elle était déroulée, ce qui limitait la quantité de chaleur pouvant être transférée entre les deux. Comme la couche réfléchissante est responsable du rayonnement de cette chaleur, cela a limité l’efficacité globale du système.

Une autre limitation évidente est que ce matériau nécessite une bonne quantité d’espace pour travailler, car la surface réfléchissante s’enroule dans un tube. Cela devrait donc être géré avant d’être incorporé dans quelque chose comme un matériau de construction.

Pourtant, en tant que première passe dans un seul matériau qui s’adapte au chauffage et au refroidissement, le concept a fière allure et il est possible que certains détails de mise en œuvre soient aplanis dans les futures itérations.

Via ars Technica

Image en vedette : Reproduction

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