Des chercheurs du CSIC créent une nanostructure polymère qui dissipe la chaleur vers l’espace grâce au soleil, réduisant le besoin de climatisation dans les bâtiments, les véhicules et les appareils électroniques.
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 liée à la réfrigération, déjà responsable d'environ 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 de jour, une technique qui exploite une particularité de l'atmosphère terrestre : il existe une bande du spectre infrarouge, entre 8 et 13 micromètres, par laquelle la chaleur s'échappe directement vers l'espace sans être piégée. Un matériau qui émet efficacement dans cette fenêtre et qui, en plus, réfléchit le rayonnement solaire peut devenir plus froid que l'air ambiant, sans prise ni compresseur.
Un polymère aux propriétés idéales
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 d'émettre efficacement la chaleur, il résiste au rayonnement ultraviolet, repousse l'eau, ce qui lui confère un effet auto-nettoyant, et supporte bien les conditions extérieures.
La clé de cette avancée ne réside pas tant dans le matériau que dans la façon dont il a été façonné. L'équipe a infiltré le polymère dans des matrices nanoporées d'oxyde d'aluminium anodisé, obtenant des structures tridimensionnelles dont elle peut contrôler précisément la géométrie interne, un élément déterminant puisque les performances optiques de ces refroidisseurs dépendent de leur conception à l'échelle nanométrique.
Les chiffres confirment cette promesse : la version optimisée du matériau, soumise à un refroidissement ultra-rapide 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 bande 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. L'essai réalisé 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, près de Madrid. Après avoir soumis le matériau à un traitement à la lumière ultraviolette qui le blanchit et améliore sa réflectance solaire, les résultats sont tombés : lors des journées les plus chaudes, sèches et ensoleillées, la surface traitée est restée jusqu'à 12,9 °C plus froide qu'un échantillon sans revêtement.
Les chercheurs eux-mêmes insistent sur le fait que la technologie en est encore au stade du développement, mais soulignent 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, aux véhicules ou même aux systèmes de refroidissement individuel, tous avec le même objectif : réduire la dépendance à la climatisation et les émissions qu'elle entraîne.