(Phys.org) —Les panneaux solaires thermiques développés à l'EPFL sont habillés de nouveaux matériaux uniques et brevetés. Les chercheurs ont créé un revêtement noir plus résistant qui conserve sa couleur d'origine et donc ses propriétés d'absorption beaucoup plus longtemps que les panneaux traditionnels.

Comme la plupart des éléments d'un bâtiment, la durée de vie d'un panneau solaire thermique est comprise entre 25 et 30 ans. Pour ralentir le processus de vieillissement et maintenir leurs performances, une équipe de chercheurs de l'EPFL ont, en succession rapide, amélioré le revêtement noir utilisé pour les capteurs thermiques et développé une méthode originale et brevetée de dépôt du revêtement.

La couleur noire est l'élément clé des panneaux thermiques car elle peut absorber jusqu'à 90 % de l'énergie qu'elle reçoit. Cependant, heures supplémentaires, les effets de la lumière et de la chaleur détériorent le noir, et le panneau devient moins efficace. Les ingénieurs ont mis au point un procédé innovant qui dépose de fines couches de 3 matériaux différents plus résistants, plus sélectif et moins toxique que le chrome utilisé jusqu'à présent. A ce titre ce nouveau matériau offre une grande durabilité à l'air libre à des températures de 300°C à 400°C, évitant ainsi l'utilisation de tubes à vide en verre, qui coûtent cher.

Un nouveau revêtement noir

Martin Joly, du Laboratoire d'Energie Solaire et de Physique du Bâtiment, ont recherché un nouveau procédé pour la conversion de l'énergie solaire thermique. Il a développé un revêtement nanocristallin qui montre une résistance exceptionnelle aux températures élevées. Il abandonne le chrome noir qui était utilisé pour les panneaux actuellement sur le marché au profit d'un composite multicouche de cobalt - pour sa résistance à la corrosion, manganèse – pour le noir, et le cuivre – pour sa conductivité thermique.

"Nous voulions développer des couches sélectives qui absorbent bien la lumière et qui sont moins toxiques que le chrome. C'est pourquoi nous avons suivi la piste de ces matériaux." Les couches déposées par un procédé chimique présentent une résistance à la chaleur exceptionnelle qui n'a jamais été atteinte avec les revêtements de chrome traditionnels. En réalité, ils peuvent supporter des températures de 360 ​​degrés Celsius sans se détériorer au contact de l'air.

Pour un capteur plat, la température moyenne réelle est d'environ 80°C, et en été la température peut atteindre 200°C. Régulièrement exposé à l'air et à l'humidité, le capteur doit durer 25 ans sur un bâtiment, ce qui n'est pas si facile.

« La durabilité de nos matériaux à des températures supérieures à 360°C pourrait également intéresser les centrales thermiques, " dit Andreas Schüler, qui dirige l'équipe de recherche.

Des nanoparticules aux prototypes grandeur nature

Afin de couler les 3 éléments différents en couches minces et homogènes, les chercheurs n'ont pas hésité à travailler à grande échelle :« Lors de la recherche de nanoparticules, vous utilisez normalement des échantillons. Pour nous, nous nous sommes lancés le défi de revêtir des tubes en acier inoxydable de 2 mètres de long, " explique le chercheur. Pour y parvenir, les scientifiques devaient construire des machines adaptées à leur projet.

Les matériaux sont déposés par trempage successifs, et chaque couche est chauffée par induction qui évapore le carbone et fixe les éléments. "Nous avons commencé par acheter des résistances simples puis avons essayé l'induction et avons obtenu des résultats qui ont largement dépassé nos attentes, ", explique le chercheur.

Cette méthode a l'avantage d'être rapide, avec une efficacité énergétique impressionnante et une qualité améliorée des résultats. Et les couches sont parfaitement déposées et homogènes. Quoi de plus, un brevet a été déposé sur cette nouvelle méthode. Les travaux menés par Martin Joly ont donné lieu à deux publications. Un dans Énergie solaire , sur les composants noirs sans chrome et leurs propriétés optiques, a remporté le prix du meilleur article de 2012 à 2013.