Cela s’est fait attendre depuis longtemps, mais la chaleur est déjà là. Et l’Aemet a déjà prévenu: en Espagne, nous vivrons un été «anormal», parmi les cinq plus torrides de la série historique. Cela, ajouté aux sombres prévisions des experts sur le changement climatique et les vagues de chaleur de plus en plus fréquentes, soulève un scénario étouffant dans lequel la climatisation deviendra indispensablemême dans la rue ou si vous campez.
Le principal problème est que la climatisation consomme beaucoup d’énergie et n’est pas toujours disponible. Pour cette raison, depuis des années, des scientifiques et des ingénieurs du monde entier recherchent des solutions technologiques sous forme de wearables, comme cet étrange climatiseur personnel de Fujitsu, ou qui s’intègrent directement dans les vêtements que nous portons. C’est sur quoi travaille Po-Chun Hsu, professeur à Duke University, qui vient de publier avec son équipe une étude dans le magazine Nexus PNAS détaillant la fabrication de un tissu capable de garder le porteur confortable dans un large éventail de scénariosélevant ou abaissant la température corporelle de plusieurs degrés.
« Ma recherche porte sur l’adaptation des propriétés de transfert de chaleur des vêtements. L’ingénierie des propriétés des matériaux peut maintenir les personnes, ou les machines les plus délicates, à la bonne température. Pour ce faire, nous concevons le structures nanométriques des fibres pour interagir avec la lumière ou le rayonnement infrarougemieux connu sous le nom de chaleur, d’une manière spécifique « , explique Hsu. Dans ce cas, en plus des cellules électrochimiques semi-solides, lui et ses collègues ont utilisé une technique de kirigami (l’art japonais de couper le papier), appliquée à un tissu spécial pour lui permettre de s’adapter aux particularités du corps humain.
vêtements réfrigérés
Les différentes méthodes qui existent pour la thermorégulation personnelle, qui offre aux utilisateurs confort thermique réglable et localisésont généralement basés sur le réglage radiatif (la capacité du matériau à collecter et à émettre de la chaleur) et l’émissivité (la vitesse à laquelle l’énergie thermique est dégagée).
C’est quelque chose directement lié au degré de métallisation des matériaux : une surface métallique a généralement une faible émissivité, tandis qu’une surface non métallique peut atteindre Refroidissement radiatif en combinaison avec la transmission et la haute émissivité de la peau humaine.
Schéma expliquant le fonctionnement du WeaVE Po-Chun Hsu Omicrono
Pendant des années, la recherche s’est concentrée sur des matériaux tels que le polyéthylène nanoporeux, capable de produire textiles à base de nanofils métalliques pour profiter de leur facilité de fabrication et de leur élasticité. Ils sont une excellente ressource pour le chauffage ou le refroidissement localisé, mais ils n’ont pas la capacité de s’adapter aux changements de température ambiante.
D’autres méthodes comme la thermorégulation active ont le handicap de consommer beaucoup d’énergie et de nécessiter des appareils trop encombrants pour pouvoir les intégrer dans les vêtements ou les utiliser sur de longues périodes. Contrairement à eux, le tissu créé par Hsu et son équipe peut rester dans l’état de confort thermique souhaité sans apport d’énergie. Pourtant, il est capable de répondre aux changements de température ambiante en appliquant un petit potentiel électrique.
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Les auteurs ont baptisé ce tissu comme « dispositif portable à émission variable » (WeaVE, pour son sigle en anglais) et est chargé d’ajuster électrochimiquement le transport de la chaleur radiative pour aider les utilisateurs à maintenir le confort thermique face aux changements de température ambiante.
Contrôle depuis le mobile
Outre ses propriétés radiatives, la particularité du WeaVE est le motif kirigami, qui lui permet d’être extensible et déformable. Ainsi, toute chemise ou autre vêtement confectionné avec ces matières peut s’adapter à la morphologie compliquée du corps humainpréservant la connexion et la configuration des cellules électrochimiques.
Un des tests pour vérifier l’émissivité du tissu Po-Chun Hsu Omicrono
Pour que WeaVE effectue cet ajustement de température de manière adaptative et autonome, les scientifiques incorporé divers composants électroniques et logiciels de détection et de contrôle: une thermistance (élément sensible à la température), un capteur d’humidité, un module Bluetooth et une application smartphone.
L’application, qui peut être utilisée sur n’importe quel mobile Android, dispose d’une interface utilisateur pour surveiller tous les paramètres de contrôle et les informations sur l’état du système en temps réel. Les températures ambiante et cutanée, l’émissivité WeaVE, la perte de chaleur estimée, la tension appliquée et l’humidité relative s’affichent à l’écran. Tout ce que l’utilisateur a à faire est définir les limites de température supérieure et inférieure souhaitées, qui sont transmises au tissu via Bluetooth.
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Selon des tests effectués en laboratoire, un WeaVE mesure un mètre carré peut être allumé plus de 1 000 fois avec une simple batterie de smartphone. S’il est allumé en moyenne cinq fois par jour pour adapter la température de l’utilisateur, il peut tenir jusqu’à 200 jours sur une seule charge.
Dans des tests, effectués avec des volontaires et dans diverses conditions climatiques, le WeaVE a démontré que peut augmenter ou diminuer la température corporelle jusqu’à 5°C avec une consommation d’énergie minimale. En outre, Hsu note la possibilité d’appliquer une couche transparente colorée dans l’infrarouge moyen « pour donner au dispositif WeaVE un aspect visuel différent en fonction des préférences esthétiques, sans compromettre les performances de thermorégulation radiative ».
En bref, ces scientifiques ont démontré la possibilité de fabriquer des vêtements avec une excellente modulation adaptative de l’émissivité du rayonnement thermique avec une efficacité énergétique incroyable. C’est la clé, en combinant les avantages de contrôle et de personnalisation offerts par les wearables, avec une consommation d’énergie presque négligeable. En plus d’éviter un froid ou une chaleur excessive pour l’utilisateur à pied, Il pourrait être fondamental pour l’élaboration des uniformes du futur pour les pompiers ou les astronautes.
Cependant, cette recherche ouvre des voies au-delà de l’ajustement adaptatif de la température dans les produits textiles et peut être appliquée à la revêtement d’appareils électroniques tels que téléphones portables ou ordinateurspour les empêcher de surchauffer ou de trop refroidir.
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