Des scientifiques de la City University de Hong Kong ont démontré un nouveau matériau céramique ultra-blanc capable de réduire considérablement la température des bâtiments d'un niveau record en réfléchissant la lumière du soleil et la chaleur. La capacité du matériau inspiré du scarabée à résister aux éléments et à être facilement évolutif pour la production vient de sa nanostructure.

Prototype d'un nouveau matériau céramique de refroidissement sur le toit

Lorsqu’il fait trop chaud à la maison, la première réaction de nombreuses personnes est d’allumer le climatiseur. Cette approche peut être efficace, mais elle n’est pas économe en énergie puisque le chauffage et la climatisation d’un bâtiment représentent un pourcentage important des coûts énergétiques. Les scientifiques étudient donc des moyens de gérer passivement la température intérieure, le plus simple étant de peindre les bâtiments et les toits en blanc.

Selon la physique de base, les couleurs claires absorbent moins de lumière que les couleurs sombres et sont donc plus froides. Ces dernières années, de nouvelles peintures ultra-blanches peuvent refléter plus de 95 % de la lumière du soleil et rafraîchir les bâtiments. Mais ces revêtements ont leurs problèmes, notamment celui de la durabilité.

Dans la nouvelle étude, des scientifiques de la City University of Hong Kong (CityU) ont développé un nouveau matériau céramique de refroidissement qui surpasse les autres matériaux. Plus qu'une simple peinture très blanche, la haute réflectivité du matériau vient de sa nanostructure, qui diffuse efficacement presque tout le spectre de la lumière solaire, tout comme le scarabée qui l'a inspiré. En conséquence, la réflectivité solaire du matériau atteint un niveau record de 99,6 % et son émissivité thermique infrarouge atteint 96,5 %.

L'échantillon de matériau céramique refroidissant peut refléter 99,6 % de la lumière du soleil et refroidir l'intérieur du bâtiment. Photo/Université de la ville de Hong Kong

Le matériau est composé d'oxyde d'aluminium, ce qui non seulement réduit l'absorption de la lumière solaire, mais l'équipe affirme que l'oxyde d'aluminium rend également la céramique de refroidissement plus durable face au vent et à la pluie. Il résiste à la dégradation causée par l'exposition aux UV, une faiblesse des autres matériaux et revêtements de refroidissement passif, et augmente le taux d'évaporation de l'eau de la surface, ajoutant ainsi l'effet supplémentaire du refroidissement par évaporation. Il est même ignifuge, capable de résister à des températures supérieures à 1 000 °C (1 832 °F).

"La beauté de la céramique de refroidissement réside dans le fait qu'elle peut répondre à la fois aux exigences du PRC haute performance et aux applications réelles", a déclaré le professeur Edwin Tso Chi-yan, co-auteur correspondant de l'étude. "Nos expériences ont révélé que l'application de céramiques de refroidissement sur les toits des maisons peut [réduire] la consommation d'électricité pour le refroidissement des locaux de plus de 20 %, confirmant ainsi son énorme potentiel pour réduire le recours aux stratégies de refroidissement actif traditionnelles et fournir une solution durable pour éviter la surcharge du réseau, les émissions de gaz à effet de serre et les îlots de chaleur urbains."

Enfin, les chercheurs ont également déclaré que ce matériau peut être facilement produit en série à l’aide de matériaux courants tels que l’alumine et d’un processus en deux étapes d’inversion de phase et de frittage. Si le blanc est trop ennuyeux pour certaines maisons, le matériau peut apparemment également être produit dans d'autres couleurs et motifs en ajoutant des couches supplémentaires.

La recherche a été publiée dans la revue Science.