Les fenêtres laissent entrer la lumière dans vos espaces intérieurs, mais peuvent aussi générer une chaleur indésirable. Les climatiseurs doivent alors travailler très dur pour les refroidir. Pour résoudre ce problème et optimiser les économies d'énergie grâce à la technologie des fenêtres quantiques, les chercheurs adoptent un revêtement de refroidissement radiatif transparent (TRC).
Tengfei Luo , professeur titulaire de la chaire Dorini d'études énergétiques à l'Université de Notre Dame, et Seongmin Kim, chercheur postdoctoral , ont mis au point un revêtement transparent pour fenêtres.
Ce revêtement, ou refroidisseur radiatif transparent (TRC), bloque les rayons ultraviolets et infrarouges responsables de la chaleur. Quel que soit l'angle d'incidence du soleil, il ne laisse passer que la lumière visible. Il peut être appliqué sur les fenêtres et les automobiles existantes et permet de réduire les coûts de climatisation de plus d'un tiers dans les régions chaudes.
Conception efficace pour s'adapter aux changements d'angles du soleil
Tengfie Luo, auteur principal de l'étude, a déclaré : « L'angle entre le soleil et votre fenêtre change constamment. Notre revêtement conserve sa fonctionnalité et son efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel. »
Dans de nombreuses études récentes, les revêtements de fenêtres n'optimisaient que la lumière pénétrant dans une pièce à angle droit. Or, cela n'est pas réalisable. À midi, généralement le moment le plus chaud de la journée, les rayons du soleil ont tendance à pénétrer les fenêtres installées verticalement à angle oblique.
Matériaux et techniques innovants
Auparavant, le professeur Luo et son chercheur postdoctoral, Seongmin Kim, avaient mis au point un revêtement transparent pour fenêtres en superposant des couches ultra-minces d'alumine, de silice et d'oxyde de titane sur une base en verre. Une couche de polymère de silicone d'un micromètre d'épaisseur y a également été ajoutée. Cet ajout contribue à améliorer le pouvoir de refroidissement de la structure, lui permettant ainsi de réfléchir le rayonnement thermique à travers la fenêtre atmosphérique vers l'espace.
Le professeur Luo a déclaré : « Une optimisation supplémentaire de l’ordre des couches était nécessaire pour garantir que le revêtement puisse s’adapter à de multiples angles de lumière solaire. Cependant, une approche par essais et erreurs n’était pas envisageable, compte tenu du nombre immense de combinaisons possibles. »
Les chercheurs ont compris que pour trouver la combinaison optimale de matériaux et de couches, il leur fallait optimiser le procédé. C’est pourquoi les professeurs Luo et Kim ont élaboré un modèle informatique. Ils ont ensuite utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique quantique (QML) pour identifier les meilleures combinaisons de couches et de matériaux.
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Résultats et applications
- Le matériel a fini par étant un revêtement de fenêtre transparent de 1.2 micron d'épaisseur.
- Il semble fonctionner mieux que les autres produits similaires sur le marché.
- Leur modèle a créé un revêtement capable à la fois de maintenir la transparence et réduire la température (de 5.4 à 7.2 degrés Celsius ou de 9.7 à 13 degrés Fahrenheit).
- Il a été possible de réaliser cette opération dans une salle modèle, même lorsque la lumière était transmise dans une large gamme d'angles.
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Ce projet démontre comment l'informatique quantique peut véritablement contribuer à la recherche. Elle permet de concevoir divers matériaux aux propriétés complexes. Ainsi, les économies d'énergie permises par la technologie de la fenêtre quantique peuvent s'avérer extrêmement utiles dans de nombreux domaines.
