En été, sous la chaleur torride, tous ceux qui passent du temps dehors – sportifs, paysagistes, enfants au parc ou baigneurs – pourraient bénéficier d’un tissu rafraîchissant. Bien qu’il existe des textiles qui réfléchissent les rayons du soleil ou évacuent la chaleur du corps, les options actuelles nécessitent des fibres artisanales ou des processus de fabrication complexes. Mais aujourd’hui, des chercheurs signalent un revêtement durable à base de craie qui refroidit l’air sous le tissu traité jusqu’à 8 degrés Fahrenheit.
Evan D. Patamia, étudiant diplômé de l’Université du Massachusetts à Amherst, présentera les résultats de son équipe lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS). AEC Automne 2024 est une réunion hybride qui se tient virtuellement et en personne du 18 au 22 août ; elle propose environ 10 000 présentations sur une gamme de sujets scientifiques.
« Si vous marchez au soleil, vous aurez de plus en plus chaud, car votre corps et vos vêtements absorbent les rayons ultraviolets (UV) et infrarouges (IR) du soleil », explique Trisha L. Andrew, chimiste et spécialiste des matériaux travaillant chez Patamia. « Et tant que vous êtes en vie, votre corps génère de la chaleur, qui peut également être considérée comme de la lumière. »
Pour améliorer le confort des personnes à l’extérieur, les scientifiques ont développé des textiles qui dévient simultanément les rayons du soleil et rejettent la chaleur naturelle du corps, un processus connu sous le nom de refroidissement radiatif. Certains de ces matériaux contiennent des particules synthétiques réfractant la lumière, comme le dioxyde de titane ou l’oxyde d’aluminium, intégrées dans des fibres filées. D’autres utilisent des polymères organiques, comme le polyfluorure de vinylidène, qui nécessitent des substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles, appelées PFAS ou produits chimiques éternels, dans leurs processus de production pour créer des textiles réfléchissant la lumière.
Mais la fabrication à grande échelle de ces matériaux en vue de leur commercialisation n’est pas viable, selon Andrew. Elle a donc posé la question suivante aux membres de l’équipe de recherche Patamia et Megan K. Yee : « Pouvons-nous développer un revêtement textile qui fasse la même chose en utilisant des matériaux naturels ou respectueux de l’environnement ? »
Andrew et ses collègues ont déjà créé une technique simple pour appliquer des revêtements polymères durables sur des tissus, appelée dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Cette méthode combine la synthèse et le dépôt en une seule étape : greffer une fine couche de polymère sur des textiles commerciaux en moins d’étapes et avec un impact environnemental moindre que d’autres méthodes de fixation de revêtements.
Ainsi, inspirés par les enduits à base de calcaire broyé utilisés autrefois pour garder les maisons fraîches dans les endroits extrêmement ensoleillés, Patamia et Yee ont travaillé sur un procédé innovant pour intégrer du carbonate de calcium (le principal composant du calcaire et de la craie) ainsi que du sulfate de baryum biocompatible au polymère appliqué par CVD. Les petites particules de carbonate de calcium réfléchissent bien les longueurs d’onde visibles et proches de l’infrarouge, et les particules de sulfate de baryum réfléchissent la lumière UV.
En traitant de petits carrés de tissu, les chercheurs ont appliqué une couche de poly(2-hydroxyéthylacrylate) de 5 micromètres d’épaisseur et ont plongé à plusieurs reprises les carrés traités au polymère dans des solutions contenant des ions calcium ou baryum et des solutions contenant des ions carbonate ou sulfate.
À chaque trempage, les cristaux deviennent plus gros et plus uniformes, et le tissu développe une finition mate et crayeuse. Patamia explique qu’en modifiant le nombre de cycles de trempage, les particules peuvent être ajustées pour atteindre la distribution de taille idéale (entre 1 et 10 micromètres de diamètre) pour réfléchir à la fois la lumière UV et proche IR.
Les chercheurs ont testé les capacités de refroidissement des tissus traités et non traités à l’extérieur, par une journée ensoleillée où la température était supérieure à 90 °F. Ils ont observé que la température de l’air sous le tissu traité était de 8 °F plus froide que la température ambiante en milieu d’après-midi. La différence était encore plus grande, un maximum de 15 °F, entre le tissu traité et le tissu non traité, ce qui réchauffait l’air sous l’échantillon.
« Nous observons un véritable effet de refroidissement », explique Patamia. « Ce qui se trouve sous l’échantillon semble plus froid que ce qui se trouve à l’ombre. »
Pour évaluer le revêtement minéral-polymère, Yee a simulé le frottement et l’impact d’un détergent à lessive dans une machine à laver. Elle a constaté que le revêtement ne s’effaçait pas et que le matériau conservait sa capacité de refroidissement.
« Jusqu’à présent, nos processus étaient limités par la taille de notre équipement de laboratoire », explique Andrew. Mais elle fait partie d’une start-up qui adapte le procédé CVD aux rouleaux de tissu, qui mesurent environ 1,5 m de large et 90 m de long. Andrew explique que cette entreprise pourrait fournir un moyen de traduire les innovations de Patamia et Yee en une production à l’échelle pilote.
« Notre technique est unique car nous pouvons l’utiliser sur presque tous les tissus disponibles dans le commerce et les transformer en quelque chose qui peut garder les gens au frais », conclut Patamia. « Sans aucune consommation d’énergie, nous sommes capables de réduire la sensation de chaleur ressentie par une personne, ce qui pourrait être une ressource précieuse pour les personnes qui ont du mal à rester au frais dans des environnements extrêmement chauds. »