Des chercheurs du CSIC mettent au point une nanostructure polymère qui renvoie la chaleur vers l'espace grâce au soleil, réduisant le recours à la climatisation.
Une équipe de chercheurs de l’Institut de micro et nanotechnologie (IMN-CNM, CSIC) a mis au point un nanomatériau capable de refroidir des surfaces exposées au soleil sans consommer d’électricité, une alternative qui pourrait alléger la facture énergétique croissante de la réfrigération, déjà responsable de près de 20 % de la consommation électrique mondiale.
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Ce travail, mené par le groupe Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) et publié dans la revue Nanophotonics, repose sur le refroidissement radiatif passif diurne, une technique qui exploite une particularité de l’atmosphère terrestre : il existe une fenêtre dans le spectre infrarouge, entre 8 et 13 micromètres, par laquelle la chaleur s’échappe directement vers l’espace sans être piégée. Un matériau qui émet fortement dans cette fenêtre et qui, en plus, réfléchit le rayonnement solaire peut rester plus froid que l’air ambiant, sans prise ni compresseur.
Un polymère aux propriétés taillées sur mesure
Les scientifiques ont misé sur le fluorure de polyvinylidène (PVDF), un polymère déjà connu pour sa capacité à émettre la chaleur dans l’infrarouge. Cristina Vicente, chercheuse à l’IMN-CNM et responsable du projet COOLed, explique que ce matériau "réunit une combinaison de propriétés" qui le rendent idéal : en plus de bien émettre la chaleur, il résiste au rayonnement ultraviolet, repousse l’eau, ce qui lui confère un effet autonettoyant, et supporte bien les conditions extérieures.
La clé de l’avancée tient moins au matériau lui-même qu’à la façon dont il a été façonné. L’équipe a infiltré le polymère dans des matrices nanoporoses en oxyde d’aluminium anodisé, obtenant des structures tridimensionnelles dont elle peut contrôler précisément la géométrie interne, un paramètre déterminant puisque les performances optiques de ces dispositifs de refroidissement dépendent de leur conception à l’échelle nanométrique.
Les chiffres confirment le potentiel : la version optimisée du matériau, traitée par refroidissement ultrarapide après l’infiltration du polymère, réfléchit en moyenne 82,4 % du rayonnement solaire et émet 96,7 % de la chaleur dans la fenêtre infrarouge de 8 à 13 micromètres, la plage par laquelle cette chaleur s’échappe vers l’espace.
Sur le papier, cette combinaison se traduit par une capacité de refroidissement de 182,3 watts par mètre carré sous une irradiance solaire de 1 000 W/m². Le test mené sur le toit de Tres Cantos, avec une irradiance solaire maximale de 962 W/m², a confirmé ce chiffre sur le terrain.
Près de 13 degrés de moins sur le toit
La théorie a été mise à l’épreuve l’été dernier, lors d’essais en plein air sur le toit du centre de Tres Cantos, à Madrid. Après avoir soumis le matériau à un traitement par lumière ultraviolette qui le blanchit et améliore sa réflectance solaire, les résultats sont tombés : les jours les plus chauds, secs et ensoleillés, la surface traitée est restée jusqu’à 12,9 °C plus froide qu’un échantillon sans revêtement.
Les chercheurs eux-mêmes soulignent que la technologie en est encore au stade de développement, mais insistent sur le fait que le procédé de fabrication est relativement peu coûteux et compatible avec des processus industriels déjà en place. Cela ouvre la voie à des applications allant des façades et toitures de bâtiments aux dispositifs électroniques, en passant par les véhicules ou même des systèmes de refroidissement personnels, tous avec le même objectif : réduire la dépendance à la climatisation et les émissions qu’elle entraîne.