Les fenêtres intelligentes pourraient limiter les dépenses d’énergie inutiles. Les bâtiments en deviendraient plus respectueux de l’environnement et le consommateur réaliserait des économies. © Pixabay

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Fenêtres intelligentes : du dioxyde de vanadium pour climatiser sans énergie

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La performance énergétique des bâtiments est en grande partie ruinée par les fenêtres. La solution ? Rendre les fenêtres intelligentes. Des chercheurs proposent de recouvrir les vitres d'un nouveau revêtement composé de dioxyde de vanadium, qui les rend sensibles aux changements de température.

Dans les habitations, les fenêtres sont responsables de déperditions considérables de chaleur en hiver, tandis qu'elles surchauffent les pièces en été. La consommation énergétique pour le chauffage et la climatisation grimpe facilement. Or, les « fenêtres intelligentes » capables de s'adapter en fonction des conditions météo en variant leur transparence, permettent de réaliser de vraies économies d'énergie.

S'inscrivant dans cette lignée, des chercheurs australiens de l'Institut royal de technologie de Melbourne (RMIT) et de l'université d'Adelaïde ont développé un revêtement ultrafin à partir de dioxyde de vanadium. Il est applicable sur toutes les surfaces, dont le verre, et ses propriétés s'adaptent en fonction de la température. L'application première est, logiquement, la fenêtre intelligente.

Développé à l’université de Melbourne (RMIT), ce revêtement ultrafin de dioxyde de vanadium, déposé sur une vitre, est capable de réfléchir les rayons infrarouges du Soleil tout en restant transparent. © RMIT University, James Giggacher

Un matériau qui se laisse difficilement dompter

Effectivement, le revêtement de 50 à 150 nanomètres d'épaisseur, c'est-à-dire mille fois plus fin qu'un cheveu, bloque les rayons infrarouges du Soleil, responsables de la chaleur, en été, et les laisse entrer en hiver. Il ne devient opaque que dans l'infrarouge et reste donc, en toutes circonstances, transparent pour l'œil humain. Cela lui confère un avantage par rapport à des fenêtres intelligentes concurrentes, telles les vitres électrochromatiques, dont la teinte se modifie.

Les chercheurs Mohammad Taha, Madhu Bhaskaran et leurs collègues ont exploité une caractéristique typique à ce composé : il présente une transition isolant-métal aux alentours de 68 °C. D'isolant, le dioxyde de vanadium devient métal, c'est-à-dire conducteur, au-delà de cette température, par réarrangement du réseau cristallin. Ses propriétés optiques changent et lui permettent de réfléchir les rayons infrarouges, qu'il laissait passer à plus basse température.

Le revêtement réagit naturellement aux variations de température, sans besoin d'alimentation extérieure, contrairement à certaines fenêtres intelligentes. On peut tout de même le régler grâce à un interrupteur, qui permettrait de « contrôler le niveau de transparence et donc la luminosité dans la pièce », précise Mohammad Taha, d'après Phys.org.

Le dioxyde de vanadium nécessite, normalement, des surfaces particulières pour accrocher. De plus, il résiste mal quand il est exposé à l'oxygène de l'air et il est impossible à déposer en couche fine sur de grandes surfaces. Les chercheurs ont cependant dépassé ces contraintes, comme ils l'expliquent dans une publication parue dans Scientific Reports. Ils rappellent également qu'un revêtement de qualité permet d'abaisser la température de transition du matériau.

Ils ont réussi à déposer le dioxyde de vanadium en une couche ultrafine, par pulvérisation cathodique (méthode de dépôt de couche mince), et ce sur tout type de surface : vitre, silicium, quartz. Le revêtement obtenu bloque plus de 60 % des rayons infrarouges et serait prêt pour une application industrielle à grande échelle. Les chercheurs estiment que cette technologie pourrait également servir dans l'imagerie médicale, afin de filtrer certains rayonnements non ionisants.

  • Des chercheurs ont développé un nouveau revêtement ultra-fin à partir de dioxyde de vanadium.
  • Apposé sur une vitre, il empêche la chaleur d'entrer en été et la laisse entrer en hiver, tout en restant transparent.
Pour en savoir plus

Cette fenêtre intelligente se teinte en moins d’une minute

Article de Marc Zaffagni, publié le 16/08/207

Des ingénieurs de Stanford ont mis au point un nouveau type de verre électrochromatique qui peut s'opacifier et s'éclaircir beaucoup plus rapidement que les solutions existantes et conserver son efficacité sur la durée.

Les vitres électrochromatiques actuellement disponibles dans le commerce sont efficaces, mais elles cumulent plusieurs défauts : elles sont chères, imposent une teinte bleutée, demandent une vingtaine de minutes pour passer de la transparence à l'opacité (et vice versa) et elles ont tendance à perdre leur efficacité au fil du temps.

Les verres électrochromatiques sont encore onéreux et leurs performances se dégradent avec le temps. © Jacob, Fotolia

Partant de ce constat, une équipe de l'université de Stanford a cherché, et trouvé, des solutions techniques. Leur fenêtre « dynamique » est capable de s'opacifier et de s'éclaircir en trente secondes. Lorsqu'elle est dans son état neutre, la vitre offre une transparence de 80 % sans teinte apparente.

Cette vidéo montre la vitesse de réaction de la fenêtre « dynamique » développée l’université de Stanford. Le délai de transition est d’à peine trente secondes. © Stanford Precourt Institute for Energy

Ce verre électrochromatique ne perd pas en efficacité

Le prototype, d'une surface de seulement 25 cm2, se compose de deux plaques de verre qui emprisonnent une feuille d'oxyde d'indium à base de cuivre et de nanoparticules d'argent. Une impulsion électrique déclenche un mouvement des composants métalliques qui obscurcissent le verre, jusqu'à ne laisser passer que 5 % de la lumière. Les ingénieurs de Stanford disent avoir réalisé plus de 5.000 transitions sans constater de dégradation dans l'efficacité.

Cette technologie inédite fait l'objet d'un dépôt de brevet et l'équipe de Stanford discute avec des fabricants afin de produire ce verre électrochromatique dans des dimensions propices à une commercialisation. L'objectif est d'avoir un produit final qui coûte deux fois moins cher que les modèles existants.

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