Les bâtiments sont de grands consommateurs d’énergie, représentant environ 40 % de la production mondiale d’énergie. Une partie importante de cette énergie est perdue à cause des fenêtres inefficaces, qui laissent échapper de la chaleur en hiver et retiennent une chaleur excessive en été. Le problème n’est pas seulement économique ; c’est un problème central dans la promotion d’infrastructures durables. Bien que les bâtiments sans fenêtres ne soient pas une solution viable, des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder ont peut-être trouvé une alternative pratique : un isolant transparent qui imite la structure du papier bulle.
Le défi de l’isolation transparente
L’isolation conventionnelle fonctionne en bloquant le transfert de chaleur, mais les fenêtres nécessitent de la transparence. Trouver des matériaux qui excellent dans les deux domaines s’est révélé difficile. Ivan Smalyukh, physicien des matériaux à CU Boulder, explique : « Trouver des isolants transparents est vraiment un défi. » La solution de l’équipe, baptisée MOCHI (Mesoporous Optically Clear Heat Insulator), s’attaque de front à ce problème.
Comment fonctionne MOCHI : un réseau aérien microscopique
MOCHI est un gel de silicone doté d’une structure interne unique. Comme les aérogels utilisés dans les rovers martiens de la NASA, il emprisonne l’air dans un réseau microscopique de pores. Cependant, MOCHI se différencie par la disposition de ces pores. Les aérogels diffusent la lumière en raison de la répartition aléatoire des pores, ce qui les rend opaques. MOCHI, à la place, utilise des tensioactifs pour créer des structures alignées et filiformes dans une base de silicone liquide. En remplaçant le tensioactif par de l’air, l’équipe a créé une matrice de tuyaux microscopiques.
Le résultat est un matériau composé à 90 % d’air en volume. Cette teneur élevée en air réduit considérablement le transfert de chaleur, car les minuscules pores limitent les collisions moléculaires – le principal mécanisme de transfert de chaleur dans les gaz. Comme le dit Smalyukh, les molécules « heurtent les parois des pores » au lieu d’échanger librement de l’énergie.
Performances et potentiel
MOCHI est si efficace qu’une simple feuille de 5 millimètres peut protéger une main d’une flamme nue. Surtout, il ne reflète qu’environ 0,2 % de la lumière entrante, conservant ainsi une transparence presque parfaite. Au-delà de l’isolation, le matériau pourrait même être utilisé pour capter la chaleur pour une production d’énergie durable.
« Même par temps un peu nuageux, vous pouvez toujours exploiter beaucoup d’énergie et l’utiliser ensuite pour chauffer votre eau et l’intérieur de votre bâtiment », explique Smalyukh.
Obstacles à la production et perspectives d’avenir
Malgré l’utilisation d’ingrédients peu coûteux, le processus de fabrication actuel de MOCHI est lent et demande beaucoup de main d’œuvre. L’équipe de recherche vise à rationaliser la production, ouvrant ainsi la voie à une adoption généralisée dans les conceptions architecturales. Bien que la mise à l’échelle reste un défi, les avantages potentiels – réduction du gaspillage d’énergie et solutions de chauffage durables – font de MOCHI un développement prometteur dans la technologie du bâtiment.
En conclusion, MOCHI représente une étape significative vers des bâtiments plus économes en énergie. Sa conception unique résout un problème de longue date en matière d’isolation et, si les obstacles de fabrication pouvaient être surmontés, elle pourrait réduire considérablement la consommation d’énergie dans le secteur de la construction.
