Un bond quantique dans la technologie des fenêtres offre des économies d'énergie spectaculaires

Des chercheurs de l'Université de Notre Dame ont développé un nouveau revêtement pour fenêtres qui bloque la lumière ultraviolette et infrarouge génératrice de chaleur et laisse passer la lumière visible, quel que soit l'angle du soleil. Crédit : Université de Notre Dame

Un nouveau revêtement pour fenêtres réduit les températures intérieures et les coûts énergétiques en bloquant sélectivement la lumière productrice de chaleur, efficace à n'importe quel angle de lumière solaire.

Les fenêtres laissent entrer la lumière dans les espaces intérieurs, mais elles apportent également de la chaleur indésirable. Un nouveau revêtement pour fenêtres bloque la lumière ultraviolette et infrarouge génératrice de chaleur et laisse passer la lumière visible, quel que soit l'angle du soleil. Le revêtement peut être incorporé sur les fenêtres existantes ou les automobiles et peut réduire les coûts de refroidissement de la climatisation de plus d'un tiers dans les climats chauds.

"L'angle entre le soleil et votre fenêtre change constamment", a déclaré Tengfei Luo, professeur de la famille Dorini pour les études d'énergie à l'Université de Notre Dame et responsable de l'étude. "Notre revêtement conserve sa fonctionnalité et son efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel."

Les revêtements pour fenêtres utilisés dans de nombreuses études récentes sont optimisés pour la lumière qui entre dans une pièce à un angle de 90 degrés. Pourtant, à midi, souvent le moment le plus chaud de la journée, les rayons du soleil entrent verticalement dans les fenêtres installées à des angles obliques.

Luo et son associé postdoctoral Seongmin Kim ont précédemment fabriqué un revêtement transparent pour fenêtres en empilant des couches ultra-minces de silice, d'alumine et d'oxyde de titane sur une base de verre. Un polymère de silicium épais de micromètre a été ajouté pour renforcer le pouvoir de refroidissement de la structure en réfléchissant le rayonnement thermique à travers la fenêtre atmosphérique et dans l'espace.

Une optimisation supplémentaire de l'ordre des couches était nécessaire pour s'assurer que le revêtement pourrait accommoder plusieurs angles de lumière solaire. Cependant, une approche par essai et erreur n'était pas pratique, compte tenu du nombre immense de combinaisons possibles, a déclaré Luo.

Pour agencer les couches dans une configuration optimale - une qui maximise la transmission de la lumière visible tout en minimisant le passage des longueurs d'onde productrices de chaleur - l'équipe a utilisé l'informatique quantique, ou plus précisément, le recuit quantique, et a validé leurs résultats expérimentalement.

Leur modèle a produit un revêtement qui maintenait à la fois la transparence et réduisait la température de 5,4 à 7,2 degrés Celsius (9,7 à 13 degrés Fahrenheit) dans une pièce modèle, même lorsque la lumière était transmise à une large gamme d'angles. Les résultats du laboratoire ont été récemment publiés dans Cell Reports Physical Science.

"Comme des lunettes de soleil polarisées, notre revêtement atténue l'intensité de la lumière entrante, mais, contrairement aux lunettes de soleil, notre revêtement reste clair et efficace même lorsque vous l'inclinez à différents angles", a déclaré Luo.

Le schéma d'apprentissage actif et d'informatique quantique développé pour créer ce revêtement peut être utilisé pour concevoir une large gamme de matériaux aux propriétés complexes.

Référence : "Wide-angle spectral filter for energy-saving windows designed by quantum annealing-enhanced active learning" par Seongmin Kim, Serang Jung, Alexandria Bobbitt, Eungkyu Lee et Tengfei Luo, 4 mars 2024, Cell Reports Physical Science. DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847