Avec une moyenne de 300 jours de soleil par an, ce qui équivaut à environ 2 500 heures solaires annuelles, L’Espagne est l’un des pays les plus ensoleillés d’Europe. Cela signifie des températures estivales plus élevées et une utilisation accrue de la climatisation, en particulier ces dernières années, lorsque le changement climatique fait des ravages. Les 47,6 ºC atteints à Cordoue en 2021 continuent d’être la température historique maximale jamais enregistrée dans notre pays, mais le 26 janvier 2024, nous avons connu une autre situation inhabituelle : les 30,7 ºC de la Communauté valencienne, le record historique de température ce mois-là dans toute l’Europe. .
Pour faire face à cette hausse des températures, le plus courant est de recourir à des équipements de climatisation. Cependant, son utilisation implique une grande consommation d’énergie et il existe des moyens moins coûteux et moins polluants pour refroidir les maisons et les voitures, notamment grâce aux technologies passives qui refroidissent les pièces sans avoir besoin d’électricité. L’une des inventions présentant le plus grand potentiel en ce sens concerne les filtres spectraux optiques, revêtements appliqués sur les fenêtres des maisons ou des vitres des voitures et qui laissent passer la lumière tout en bloquant la chaleur indésirable.
La dernière avancée en la matière vient d’une équipe de scientifiques de l’Université de Notre Dame, aux États-Unis. Dans un article publié dans Cell Reports Physical Science, les chercheurs expliquent comment ce revêtement est capable d’empêcher le passage de la lumière ultraviolette et infrarouge, qui provoque l’augmentation de la température, mais permet le passage de la lumière visible quel que soit l’angle du soleil. Il s’agit d’une amélioration substantielle par rapport aux produits similaires existants, qui fonctionnent normalement uniquement avec une inclinaison de 90º, et permet une économie de plus de 50% sur le coût de refroidissement des espaces intérieurs.
Filtre spectral
La possibilité de utiliser des filtres sélectifs qui laissent passer certains types de lumière et pas d’autres C’est une technologie qui est déjà explorée dans divers domaines, des panneaux solaires transparents aux diodes électroluminescentes ou aux capteurs en tout genre.
Pour les fabriquer, les chercheurs utilisent des structures photoniques planaires multicouches (également appelées PML), ou en d’autres termes, de fines couches optiques empilées les unes sur les autres avec différents indices de réfraction. Cela permet à la surface transmettre ou réfléchir la lumière en fonction de sa longueur d’onde.
Un des diagrammes de l’étude de l’Université de Notre Dame Notre Dame University Omicrono
Sur la base de cette conception, des chercheurs de l’Université de Notre Dame ont conçu « un filtre spectral en PML pour Réduire efficacement le chauffage optique réfléchissant sélectivement les photons UV et proche infrarouge (NIR) de la lumière du soleil tout en conservant la transparence visible », comme expliqué dans l’article.
L’un des avantages par rapport à d’autres études et expériences similaires est qu’ils ont ajouté une couche de polymère d’un micromètre d’épaisseur à la surface du filtre, de sorte qu’il émette un rayonnement thermique, ce qui entraîne un processus de refroidissement radiatif passif. Ainsi, ce système Profitez des basses températures de l’espace pour rafraîchir l’intérieur d’un bâtiment ou un véhicule en cas de besoin.
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Comparé à d’autres habillages de fenêtres similaires optimisés pour la lumière entrant à un angle de 90 degrés, la grande nouveauté de ce PML est qu’il n’est pas affecté par cela, ce qui permet de plus grandes économies d’énergie. L’heure la plus chaude de la journée est généralement midi, et à ce moment-là, les rayons du soleil pénètrent généralement dans les fenêtres installées verticalement à des angles obliques.
« L’angle entre le soleil et la fenêtre change constamment », explique Tengfei Luo, professeur d’études énergétiques à l’Université de Notre Dame et directeur de l’étude. un communiqué de presse. « Notre revêtement maintient la fonctionnalité et l’efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel« .
L’informatique quantique
Luo et son équipe travaillent dans ce but depuis des années et ce n’est pas le premier revêtement transparent qu’ils présentent à la communauté scientifique. Le précédent, qui date de 2022, a été fabriqué par empilement couches ultrafines de silice, d’alumine et d’oxyde de titane sur une base en verre. Ils ont ensuite ajouté un polymère de silicium d’un micromètre d’épaisseur, ce qui a augmenté la capacité de refroidissement de la structure, la transformant en un refroidisseur radiatif transparent (TRC).
Pour obtenir un résultat optimal et gagner du temps et des efforts, puisqu’il existait des millions de combinaisons possibles, ils se sont tournés vers l’informatique quantique et les algorithmes d’apprentissage automatique. Grâce à ces simulations informatiques, les chercheurs ont pu Testez toutes les configurations de couches possibles en une fraction de secondece qui leur a permis d’identifier la combinaison et l’ordre de matériaux les plus appropriés pour obtenir la plus grande réduction de température.
La première version du revêtement Omicrono TRC Notre Dame University
Ce modèle alimenté par l’IA a identifié la composition de revêtement idéale, qu’ils ont continué à améliorer pour de meilleurs résultats. Une fois la nouvelle version fabriquée, elle a été soumise à des expériences en conditions réelles, où elle a conservé transparence et réduit la température entre 5,4 et 7,2 degrés Celsiusmême lorsque la lumière était transmise sous une large gamme d’angles.
« Tout comme les lunettes de soleil polarisées, notre revêtement diminue l’intensité de la lumière entrante« Mais contrairement aux lunettes de soleil, notre revêtement reste clair et efficace même lorsqu’il est incliné sous différents angles », a déclaré Luo.
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Selon leurs calculs, ce produit pourrait représenter économiser jusqu’à 50,5% d’énergie par rapport à la consommation de la climatisation lorsque des fenêtres conventionnelles sont utilisées dans des climats chauds comme l’Espagne. De plus, comme ils le soulignent parmi les conclusions de leur étude, le même schéma d’apprentissage automatique et d’informatique quantique développé pour créer le revêtement peut être utilisé pour concevoir une large gamme de matériaux aux propriétés complexes.