La cape radiative garde les objets au chaud et au frais

Une cape thermique capable de refroidir les objets par rayonnement par temps chaud et de les garder au chaud lorsqu'il fait froid a été développée par des chercheurs chinois. Kehang Cui de l'Université Jiao Tong de Shanghai et ses collègues affirment que leur nouvelle technologie offre un moyen prometteur de réguler la température sans apport d'énergie.

Le chauffage et le refroidissement des bâtiments représentent environ 20 % de la consommation énergétique mondiale. À mesure que le changement climatique accroît la fréquence et la gravité des phénomènes météorologiques extrêmes, les systèmes de contrôle de la température seront encore plus poussés dans les décennies à venir.

En conséquence, les chercheurs souhaitent créer des technologies peu coûteuses et neutres en carbone, capables de réguler les températures de manière passive, sans recourir à une alimentation électrique.

Un défi important dans la création de tels systèmes réside dans le fait que les matériaux conventionnels de régulation thermique ne peuvent pas modifier automatiquement leur comportement radiatif. Par exemple, certains matériaux de refroidissement réfléchissent le rayonnement solaire tout en émettant un rayonnement infrarouge moyen dans la « fenêtre de transparence ». Cette fenêtre fait partie du spectre électromagnétique où le rayonnement n’est ni réfléchi ni absorbé par l’atmosphère et cette émission aura un effet refroidissant. Cependant, ces matériaux émettent également des rayonnements par temps froid, rejetant ainsi une chaleur précieuse.

Maintenant, Cui et ses collègues ont créé une nouvelle « cape thermique Janus » (JTC), qui régule la température à toutes les températures ambiantes. "La cape est composée d'un métatissu phononique entièrement en céramique à refroidissement radiatif face au ciel, et d'une feuille de recyclage de photons tournée vers l'intérieur", explique Cui.

L'équipe a choisi ces matériaux pour leur haute résistance et stabilité, leur faible coût et leur excellente résistance au feu et à la corrosion. En conséquence, ils affirment que la cape est facile à fabriquer et résistante aux environnements extérieurs difficiles.

Fabriquée à partir d'un alliage d'aluminium, la feuille intérieure du JTC a une conductivité thermique élevée, mais réfléchit presque parfaitement le rayonnement sur l'ensemble du spectre infrarouge, emprisonnant ainsi la chaleur à l'intérieur. Les chercheurs affirment que des matériaux tels que la céramique, le cuivre et l’acier inoxydable pourraient également être utilisés, en fonction de la disponibilité des matériaux.

Le métatissu faisant face au ciel du JTC comprend un échafaudage tissé à partir de fibres de silice tressées liées à un cristal de nitrure de bore hexagonal 2D. Cela crée un matériau « hyperbolique », dont la réponse aux ondes électromagnétiques incidentes dépend de l’angle de leur approche.

Contrairement à la feuille située en dessous, le métatissu a une conductivité thermique extrêmement faible, mais il réfléchit fortement le rayonnement solaire, couvrant la gamme visible et proche infrarouge. Cela est dû aux interactions lumière-matière à l’intérieur du métatissu, qui provoquent la diffusion du rayonnement infrarouge moyen autour des axes de ses fibres de silice. Dans la fenêtre de transparence, le métatissu réémet la quasi-totalité du rayonnement qu'il absorbe, sans le transférer au film.

En conséquence, la chaleur à l’intérieur de l’objet masqué a tendance à être retenue mais le rayonnement de l’environnement n’a pas tendance à chauffer l’objet.

Un nouveau système de refroidissement élastocalorique est prometteur pour une utilisation commerciale

L'équipe de Cui a testé le JTC sur des voitures électriques garées dans les rues de Shanghai et a comparé la température de leur cabine avec celle des voitures non couvertes. Au cours de l'expérience, les voitures couvertes sont restées environ 8°C plus fraîches que les voitures découvertes lors des chaudes journées d'été, et 6,8°C plus chaudes lors des froides nuits d'hiver.

"C'est la première fois que nous parvenons à un réchauffement supérieur à la température ambiante de près de 7 °C pendant les nuits d'hiver", décrit Cui. "Cela nous surprend également : il n'y a pas d'apport d'énergie ni de soleil et nous pouvons toujours nous réchauffer." Cette régulation passive est particulièrement importante pour les voitures électriques, car leurs batteries et composants électriques ne peuvent pas facilement résister à des variations extrêmes de température.

Pour Cui et ses collègues, les prochaines étapes consisteront à améliorer leur conception, ce qui pourrait conduire à un large éventail d’applications pratiques passionnantes. « La cape thermique est fiable, véritablement passive et n'implique pas de changement de phase ni de pièces mobiles », poursuit-il. "Cela le rend prometteur pour une utilisation dans des applications réelles dans les bâtiments, les véhicules et même dans les environnements extraterrestres."