Alors que les températures montent dans le monde entier, comment pouvons-nous garder nos maisons et autres bâtiments au frais? Les plus riches parmi nous font exploser notre climatisation, qui est efficace, mais ne nuit que davantage à l'environnement, grâce à une consommation d'énergie plus élevée. Les moins fortunés souffrent simplement, voire meurent de canicule.
Des chercheurs de l'Université Columbia ont mis au point une solution innovante pour refroidir les bâtiments, une solution qui, selon eux, pourrait contribuer à réduire le fardeau du changement climatique. C'est une peinture blanche - techniquement un revêtement de polymère - qui utilise des trous infiniment petits pour refroidir l'air.
Le revêtement est un exemple de refroidissement radiatif passif de jour (PDRC), dans lequel une surface se refroidit en réfléchissant la lumière solaire et la chaleur renvoyée dans l'atmosphère. Les peintures blanches, qui réfléchissent la lumière, ont longtemps été utilisées pour la PDRC. Mais ils contiennent généralement des pigments qui absorbent la lumière et réfléchissent de manière imparfaite les longueurs d’onde solaires plus longues.
En revanche, le revêtement mis au point par l’équipe de Columbia présente une surface en forme de mousse pleine de trous à l’échelle nanométrique. Pour le créer, les chercheurs ont essentiellement pris le pigment de la peinture blanche et l'ont remplacé par ces minuscules trous. Cela transforme le polymère normalement transparent en blanc. Les trous dispersent et reflètent toutes les longueurs d'ondes de la lumière solaire, ce qui rend le revêtement bien meilleur au CRDP que la peinture traditionnelle.
«[Les peintures blanches traditionnelles] ne reflètent généralement que 85% de la lumière solaire totale, mais absorbent le reste et réchauffent», explique Nanfang Yu, professeur de physique appliquée qui a travaillé sur la recherche publiée aujourd'hui dans la revue Science . "En revanche, le revêtement que nous avons développé reflète 96 à 99% de la lumière totale du soleil - ultraviolets, visible et infrarouge - qui est remarquablement élevée et peut rester en dessous des températures ambiantes, même lorsque le rayonnement solaire est intense."
D'autres scientifiques ont utilisé des méthodes similaires de réflexion solaire pour obtenir un refroidissement, explique Mark Swihart, professeur de génie chimique et biologique à l'Université de Buffalo, qui n'a pas participé à la recherche.
«Cependant, ce qui est nouveau ici, ce sont les moyens relativement simples et intelligents d’atteindre le résultat», dit-il. «Autant que je sache, personne n’avait auparavant proposé d’utiliser de tels polymères poreux pour cette application de refroidissement passif. La nouveauté du travail réside dans le choix de cette méthode très simple pour former des films qui produisent l'effet de refroidissement passif. ”
Comme la méthode est si simple, explique Swihart, il pourrait être relativement facile et peu coûteux de produire et d’appliquer à grande échelle - le revêtement pourrait par exemple être fabriqué en gros rouleaux et appliqué comme du papier peint.
«Je pense que cela pourrait avoir un potentiel pratique important», dit-il.
Le revêtement fonctionne mieux dans les climats ensoleillés - l'étude a révélé qu'il réduisait la chaleur de 6 degrés Celsius dans le désert de l'Arizona. Mais il fonctionne également bien dans les environnements plus brumeux et tropicaux: il réduit la chaleur de 3 degrés Celsius au Bangladesh. Cela signifie qu'il pourrait être utilisé dans des environnements très différents à travers le monde.
Le revêtement est facile à appliquer et fonctionne essentiellement comme une peinture standard. Il peut être utilisé sur presque toutes les surfaces, des toits aux réservoirs d'eau en passant par les véhicules. L’équipe a également essayé de fabriquer le revêtement en différentes couleurs, dans l’espoir de rendre le produit attrayant pour un public plus large. Ajouter de la couleur réduit le degré de refroidissement, mais ses performances sont toujours meilleures que celles de la peinture commerciale colorée.
«Cela est important compte tenu des goûts de l'homme», déclare Jyotirmoy Mandal, étudiant au doctorat et auteur principal de l'étude. "Tout le monde ne veut pas d'un toit blanc chez lui et les entreprises de peinture essaient de développer des" couleurs froides "depuis des décennies."
Les chercheurs se concentrent maintenant sur l'utilisation de systèmes à base d'eau ou d'alcool pour réaliser des revêtements présentant des performances de refroidissement similaires, ce qui pourrait rendre le produit plus écologique et plus facile à appliquer. Ils étudient également de nouvelles méthodes de recyclage des polymères mis au rebut.
L’équipe espère que le revêtement pourra éventuellement être utilisé dans des endroits allant des déserts aux régions tropicales, en passant par des climats intermédiaires, essentiellement là où la chaleur pose plus de problèmes que le froid. Cela pourrait également être utile dans une grande variété de situations économiques.
«Dans les environnements riches en ressources, le revêtement peut réduire les coûts de climatisation», explique Yuan Yang, professeur de science des matériaux et d'ingénierie qui a travaillé sur la recherche. "Dans les pays pauvres en ressources, où le refroidissement électrique est inabordable ou indisponible - par exemple dans les zones rurales d'Asie du Sud ou d'Afrique - le refroidissement sous-ambiant peut apporter un soulagement."
Le revêtement, s’il est utilisé sur plusieurs bâtiments à la fois, pourrait également aider à traiter les «îlots de chaleur urbains», des zones urbaines beaucoup plus chaudes que leur environnement, grâce à la proximité des bâtiments et aux nombreuses activités humaines. Alors que le monde continue de s'urbaniser, ces îlots de chaleur constituent un problème croissant - les vagues de chaleur tuent un nombre disproportionné de citadins.
«Un tel effort nécessite cependant une large collaboration entre chercheurs, urbanistes et décideurs», a déclaré Mandal. "Nous espérons que nos travaux sensibiliseront le potentiel du refroidissement radiatif au-delà des cercles scientifiques."
