Technologie de fenêtres intelligentes propulsée par pommes de terre et légumes
En matière de technologies éco-énergétiques essentielles pour lutter contre le réchauffement climatique mondial, les « fenêtres intelligentes » sont souvent évoquées comme une solution importante. Cependant, malgré leur valeur et leurs fonctions cruciales, leur adoption à grande échelle demeure limitée en raison de divers facteurs, principalement le coût.
Une équipe de chercheurs de l’Université du Texas à Austin propose une solution à ce problème en utilisant de nouveaux matériaux électro-optiques à faible coût et durables, tels que l’amidon, un polymère naturel présent dans le maïs, les pommes de terre et les haricots.
Les chercheurs ont exploité la technique électrochimique qui permet de modifier la couleur d’une substance lorsqu’un courant électrique lui est appliqué. Dans le contexte des fenêtres intelligentes, cette technique permet de jouer sur la transparence ou l’opacité de la fenêtre pour contrôler la quantité de lumière qui y passe.
Pourquoi l’amidon ?
Les chercheurs ont évoqué les raisons qui les ont amenés à choisir l’amidon, outre sa présence abondante dans diverses sources végétales telles que le maïs, les pommes de terre et les haricots. En plus de sa compatibilité avec l’objectif environnemental de recourir à des matériaux durables pour les fenêtres intelligentes, réduisant ainsi la dépendance à l’égard des ressources synthétiques ou rares, l’amidon présente de nombreuses fonctions opérationnelles clés :
- Les propriétés électrochimiques : subissant des changements réversibles dans sa structure moléculaire sous l’effet de stimuli électriques, provoquant des variations de couleur ou d’opacité, essentielles pour la fonction souhaitée de la fenêtre intelligente, permettant ainsi d’ajuster dynamiquement la transparence en fonction des conditions extérieures.
- Facilité de préparation et de traitement : Son extraction et son traitement à partir de sources végétales courantes facilitent sa fabrication à grande échelle pour la production d’appareils électro-optiques, sa disponibilité dans les produits agricoles courants simplifie le processus de production et contribue à la viabilité économique de la technologie.
- Compatibilité biologique et sécurité : En tant que polymère biocompatible et sûr pour une utilisation dans diverses applications, cet aspect revêt une importance capitale, notamment pour des matériaux de construction tels que les fenêtres intelligentes en contact avec les habitants ou l’environnement.
- Propriétés optiques : Sa structure moléculaire permet des propriétés optiques ajustables, essentielles pour contrôler la transmission de la lumière à travers la fenêtre intelligente en modifiant la composition ou la structure des matériaux qui en découlent, permettant aux chercheurs de concevoir des propriétés optiques sur mesure pour répondre à des exigences spécifiques.
- Fonctions supplémentaires réalisées par l’iode : En plus des avantages mentionnés, l’ajout d’iode lors de la fabrication peut apporter des fonctionnalités supplémentaires, aidant la fenêtre intelligente à contrôler efficacement le passage de la lumière à travers différentes longueurs d’onde, y compris les spectres ultraviolet, visible et proche infrarouge, améliorant les propriétés optiques de la fenêtre et augmentant l’efficacité énergétique pour un confort accru.
Efficacité exceptionnelle pour atteindre l’objectif
Lors des expérimentations menées sur le nouveau système électro-optique des fenêtres intelligentes, les chercheurs ont observé plusieurs résultats cruciaux, qu’ils ont soulignés dans le communiqué de presse de l’Université du Texas :
- Efficacité de modulation lumineuse élevée : Le nouveau système a démontré sa capacité à réduire ou augmenter la quantité de lumière transmise à travers la fenêtre de plus de 85 % en fonction des stimuli externes, ce qui indique que le système peut efficacement contrôler la transparence ou l’opacité de la fenêtre intelligente.
- Contrôle du spectre large : Les chercheurs ont réussi à ajuster la transmission de la lumière à travers différentes longueurs d’onde, y compris les spectres ultraviolet, visible et proche infrarouge, cette large gamme de contrôle permet une gestion globale du rayonnement solaire, contribuant à l’économie d’énergie et au confort à l’intérieur des bâtiments.
- Stabilité et durabilité à long terme : Le système électro-optique s’est révélé stable et durable dans des conditions difficiles, résistant à plus de 6 semaines consécutives d’exposition aux rayons ultraviolets, en plus de 1200 cycles d’utilisation et de 4000 changements de transmission lumineuse, cette performance robuste indique que le système peut maintenir ses fonctions sur de longues périodes, le rendant adapté pour des applications réelles.
Grands espoirs et tests supplémentaires
L’équipe de recherche espère que leur nouveau système se traduira par des applications concrètes et contribuera à réaliser les prévisions indiquant que le marché du verre intelligent – y compris les fenêtres et les écrans intelligents – atteindra 12,7 milliards de dollars d’ici 2030.
Le chercheur principal de l’étude, « Yuanyang Wang », a déclaré : « Cette croissance est entravée par le coût, car le prix des fenêtres intelligentes peut être jusqu’à 10 fois plus élevé que celui des fenêtres éco-énergétiques standards ».
Le bâtiment représente 39 % de la consommation d’énergie aux États-Unis, dont 35 % proviennent du chauffage, de la ventilation et de la climatisation, selon le ministère américain de l’Énergie.
Wang ajoute : « Le besoin de solutions de construction plus durables et écoénergétiques a créé un marché fort et en expansion pour les fenêtres intelligentes, et il est passionnant de transformer les connaissances en produits de valeur via une conception intelligente ».
Commentant cette approche, le chercheur en génie civil et construction à l’Université égyptienne d’Al Zagazig, Khalid Abu Zeid, a déclaré que ces résultats positifs du nouveau système nécessitent une série de tests supplémentaires pour confirmer leur applicabilité pratique.
- La première de ces tests est la « performance à long terme », l’équipe doit tester le système sur de longues périodes dans des conditions réelles, y compris une exposition à des températures variées, des niveaux d’humidité et des facteurs environnementaux, afin de définir les mesures à prendre pour renforcer les performances et la durabilité des fenêtres intelligentes à long terme.
- Il est également essentiel de tester comment intégrer de manière transparente les fenêtres intelligentes équipées du nouveau système électro-optique avec d’autres technologies intelligentes utilisées dans les bâtiments, afin de déterminer les défis liés à l’interopérabilité et à l’échange de données, ainsi qu’à l’intégration du système.