Le changement climatique entraîne des températures et une aridité de plus en plus élevées dans de nombreuses régions, rendant le refroidissement efficace de la pièce de plus en plus important. Un doctorant de l'ETH au Laboratoire des matériaux fonctionnels a développé une alternative à la climatisation électrique :un rideau de refroidissement constitué d'une membrane poreuse triple couche.

Tout est parti d'une vague idée :« Nous avons pensé qu'il serait intéressant de réunir des fonctions opposées dans un même matériau, " dit Mario Stucki, doctorant au Laboratoire des matériaux fonctionnels de l'ETH Zurich. Il a combiné deux couches de polyuréthane hydrophobe (hydrofuge) avec une couche intermédiaire de polymère hydrophile (qui attire l'eau). La membrane résultante est sèche, bien qu'il soit saturé d'eau, et puisque les couches externes sont couvertes de trous d'environ un micromètre de diamètre, l'eau peut s'échapper de la couche intermédiaire dans l'environnement.

Une alternative pour les zones touchées par la chaleur

Lorsque Stucki a réalisé à quel point le transport de l'eau fonctionne à travers les différentes couches, il a eu l'idée du rideau de refroidissement. "L'évaporation de l'eau demande beaucoup d'énergie, " dit-il. " La chaleur est extraite de l'air, il refroidit et humidifie en même temps la zone environnante." Les humidificateurs conventionnels fonctionnent de la même manière - mais ils ont besoin de beaucoup de puissance, alors que le système de Stucki est passif. "La lumière du soleil qui tombe à travers une fenêtre sur le rideau fournit suffisamment d'énergie pour ce type de climatisation."

De tels rideaux pourraient être une véritable bénédiction dans les régions chaudes et arides. En 2015, les habitants de la péninsule arabique ont subi une vague de chaleur avec des températures de plus de 50 °C. Les climatologues prévoient des températures encore plus élevées et une aridité sévère pour les régions désertiques, ce qui pourrait rendre certaines zones climatiques inhabitables. Refroidir les bâtiments et les locaux devient ainsi de plus en plus indispensable, mais il dévore de grandes quantités d'électricité. Aux Etats-Unis, par exemple, environ 15 % de la consommation d'énergie peut être attribuée aux équipements de climatisation, et une énorme quantité de cette énergie provient de combustibles fossiles. Le rideau de refroidissement passif serait une alternative respectueuse de l'environnement et du climat.

Poursuite du développement d'une innovation antérieure

Stucki a attiré l'attention en 2013 avec sa thèse de maîtrise à l'ETH Zurich, lorsqu'il a développé un nouveau matériau pour une utilisation en extérieur en un rien de temps. Contrairement aux textiles fonctionnels conventionnels, il ne contient pas de composés fluorés, qui sont nocifs pour l'environnement et la santé humaine.

Ses recherches actuelles s'appuient sur cette invention :il fonctionnalise son textile à l'aide d'espaces réservés, pour lequel il a mélangé de minuscules particules de calcaire dans le polymère liquide, qui est ensuite transformé en textile. Les particules de calcaire sont ensuite éliminées du matériau solide avec de l'acide chlorhydrique ou acétique, de sorte que de minuscules trous se forment sur les sites des nanoparticules. Ceux-ci sont nécessaires pour que le matériau fonctionne et "respire". Les parois extérieures du rideau de refroidissement sont constituées de ce matériau poreux afin que la couche hydrophile médiane puisse fournir de l'eau à la zone environnante.

Stucki a utilisé une méthode développée en 2012 par le professeur de l'ETH Wendelin Stark et son groupe pour combiner les différentes couches en un seul matériau. Ces couches ne sont pas collées entre elles, comme il est d'usage dans les procédés industriels; au lieu, ils sont placés les uns sur les autres dans un solvant approprié, moyennant quoi les couches externes se dissolvent légèrement et se connectent à la couche intermédiaire. C'est la seule façon pour les chercheurs de s'assurer que le matériau extérieur de la membrane reste poreux.

Une preuve de concept réussie

Stucki a pu prouver la fonctionnalité de base du rideau de refroidissement par l'expérience. Il a placé la membrane triple couche dans un bain-marie et a mesuré la perte d'eau dans la zone environnante à 30 °C et 50 % d'humidité (entre 1,2 kg et 1,7 kg d'eau par jour et par mètre carré). Les chercheurs ont calculé les résultats sur la base d'une maison cubique avec un mur de 10 m de long. A une température extérieure de 40°C et une température intérieure de 30°C, la surface du rideau de 80m2 était suffisante pour dissiper plus de chaleur que celle fournie par la lumière du soleil, ce qui signifie que la maison était passivement refroidie.

"Nous avons pu montrer que notre système fonctionne fondamentalement, " dit Stucki, "mais pour le commercialiser, nous avons encore beaucoup de questions à résoudre." Par exemple, ils doivent déterminer le comportement microbiologique du matériau, car les températures élevées et l'humidité constituent le terreau idéal pour la croissance des bactéries et des champignons. Stucki dit, cependant, que le matériau synthétique utilisé pour la couche externe pourrait être remplacé relativement facilement par des matériaux antiseptiques; c'est l'un des avantages de la fonctionnalisation par des nanoparticules de calcaire.

Un autre défi est de s'assurer que le rideau est capable d'évaporer l'eau sur toute la surface, ce qui nécessitera des améliorations du transport de l'eau dans la membrane. On ignore également encore combien de temps la membrane peut fonctionner de manière stable.

Après avoir terminé son doctorat en été, Stuck se concentrera sur la commercialisation de textiles d'extérieur sans fluor. Il est actuellement à la recherche de partenaires financiers. Cependant, il n'a pas exclu la possibilité que la nouvelle membrane ait également du potentiel dans le secteur extérieur, car il est idéalement adapté à la régulation et à l'élimination de la transpiration - l'une des propriétés les plus importantes des textiles fonctionnels.