Les fenêtres sont une nécessité fondamentale dans un bâtiment pour laisser entrer la lumière et dissiper la chaleur, mais on ne veut pas toujours avoir les deux fonctions en même temps. Aujourd'hui, les ingénieurs de la North Carolina State University (NCSU) ont développé un nouveau matériau qui permet aux fenêtres de basculer facilement entre trois modes.
Cette nouvelle fenêtre dynamique peut basculer entre un mode clair normal (qui laisse entrer la lumière et la chaleur), un mode qui bloque la chaleur mais reste transparent, et un mode teinté (bloque un peu de lumière mais pas de chaleur). De cette façon, les utilisateurs peuvent profiter de l’effet de protection solaire toute l’année.
La clé de tout cela réside dans un petit matériau appelé oxyde de tungstène, que l'on retrouve souvent dans les vitrages dynamiques basés sur le principe électrochrome. Normalement, l'oxyde de tungstène est transparent et lorsque vous appliquez un signal électrique, il s'assombrit et bloque la lumière, ce qui le rend très pratique pour teinter les fenêtres à la demande.
Mais dans de nouvelles recherches, les chercheurs de l'UNC ont découvert une toute nouvelle compétence cachée : lorsque de l'eau est ajoutée, elle se transforme en oxyde de tungstène hydraté, qui possède des paramètres supplémentaires lorsqu'il est utilisé dans les fenêtres électrochromes.
Une fois fermé, il reste transparent à la lumière et à la chaleur, parfait pour les journées d'hiver monotones où les gens ont besoin d'autant de lumière et de chaleur que possible. Lorsque des électrons et des ions lithium sont injectés dans le matériau, celui-ci passe d’abord par une phase où il bloque la lumière infrarouge (qui détecte la chaleur) tout en restant transparent aux longueurs d’onde de la lumière visible. Enfin, à mesure que davantage d’électrons pénètrent dans le matériau, celui-ci passe à une phase sombre dans laquelle il bloque à la fois la lumière visible et infrarouge, ce qui le rend parfait pour une utilisation estivale.
La raison exacte pour laquelle l’oxyde de tungstène hydraté agit ainsi est encore incertaine, mais des scientifiques de l’Université de Caroline du Nord ont une hypothèse.
"La présence d'eau dans la structure cristalline rend la structure moins dense, elle est donc moins susceptible de se déformer lorsque des ions lithium et des électrons sont injectés dans le matériau", a déclaré Jenelle Fortunato, première auteure de l'étude. "Notre hypothèse est que, parce que l'oxyde de tungstène hydraté peut accueillir plus d'ions lithium que l'oxyde de tungstène ordinaire avant déformation, deux modes sont créés. L'un est un mode "froid", dans lequel l'injection d'ions lithium et d'électrons affecte les propriétés optiques, mais la structure n'a pas encore changé, et ce mode absorbe la lumière infrarouge. Ensuite, une fois la structure modifiée, un mode "sombre" apparaît qui bloque à la fois la lumière visible et infrarouge. "
Bien que les concepteurs de fenêtres dynamiques ne manquent pas sur le marché, de nombreux modes ne sont généralement pas disponibles dans un seul système. Même si c’est le cas, cela nécessite généralement un appareil plus volumineux. Dans ce cas, comme un seul matériau est requis, l’épaisseur du verre et les besoins énergétiques sont à peu près les mêmes que ceux des fenêtres ordinaires en oxyde de tungstène.
Delia Milliron, co-auteure de l'étude, a déclaré : « La découverte d'une technologie de contrôle de la lumière à double bande (infrarouge et visible) dans un seul matériau déjà bien connu de la communauté des fenêtres intelligentes pourrait accélérer le développement de produits commerciaux dotés de fonctionnalités améliorées. »
La recherche a été publiée dans la revue ACS Photonics.