Un sandwich pour alimenter les bâtiments en énergie

La plupart des bâtiments modernes sont composés de plusieurs couches de matériaux. Chacune posséde sa propre fonction. Le cœur de béton sert à supporter le poids ; le matériau isolant limite les échanges de chaleur ; la façade participe de l’esthétique. Aujourd’hui, des ingénieurs de l’EPFL développent élément intégré, à la fois structure et source d’énergie. Ce nouveau composant, qui intègre des cellules solaires, fournira une alternative sûre et légère aux matériaux de construction traditionnels.

« Nous utilisons des matériaux composites pour concevoir ces panneaux multifonction, explique Thomas Keller, chercheur au laboratoire Composite Construction Laboratory (CCLab). «L’élément en sandwich se compose d'un matériau alvéolaire dense, placé entre des couches de polymère renforcé de fibres de verre. «Nous avons commencé à travailler sur ces matériaux composites il y a plus de dix ans et nous les avons utilisés en 2009 sur le toit de la réception du Campus Novartis à Bâle.»

Par la suite, les chercheurs ont tenté d’ajouter la production d’énergie à leur élément de construction. «Notre but est d’intégrer une feuille mince et flexible de cellules photovoltaïques sous une couche translucide en polymère renforcé de fibres de verre», explique le chercheur. Un projet qui pourrait contribuer à rendre les panneaux solaires plus attractifs. Par exemple, il offrira aux architectes plus de flexibilité que les matériaux de construction traditionnels tels que le béton armé, les panneaux rigides ou le verre.

La technologie photovoltaïque provient de la société Flexcell, - une startup de l’Institut de microtechnique à Neuchâtel, rattachée à l'EPFL en 2009. Cette entreprise est active dans la fabrication de cellules solaires flexibles et minces comme une feuille de papier. Bien qu’elles présentent une efficacité moindre que les cellules traditionnelles, leur légèreté, leur taille, et leur coût moins élevé permettent une parfaite intégration aux éléments de construction. Leur facilité d’ajustement sur des surfaces galbées ouvre de nouvelles voies en matière architecturale.

Les composants en sandwich ont d’autres avantages. Ils peuvent être préfabriqués, si bien que l’assemblage s’effectue dans des conditions idéales avant le transport sur le chantier. Un procédé qui assure une meilleure qualité, et réduit le temps de construction. De plus, chaque module est facile à réparer ou à remplacer.

Perfectionner les composants
Le polymère renforcé de fibres de verre joue un double rôle dans le sandwich. Une couche de quelques millimètres recouvre le cœur alvéolé, pour conférer à l’ensemble une bonne stabilité. Une seconde couche du même polymère recouvre et protège les cellules solaires, grâce à une propriété optique intéressante de ce matériau : lorsqu’il est appliqué en couche mince, il est presque aussi transparent que du verre. La transmission optique vers les cellules photovoltaïques n’est réduite que de 4%. Actuellement, un doctorant au laboratoire CCLab travaille cette technique, afin de trouver le meilleur compromis entre stabilité structurelle et transparence.

Quelques défis doivent encore être relevés avant de passer à la phase de production. «Chauffer la résine engendre une perte d’efficacité dans la transmission lumineuse. Au-delà d’une certaine température, le matériau pourrait se dégrader et ne pas retrouver, à froid, son aspect originel », indique Thomas Keller. Mais jusqu’à présent, le matériau a supporté des températures atteignant les 90°C sans montrer de signes de détérioration. Une résistance qui devrait permettre à cette technologie d’affronter sans crainte les points les plus chauds du globe.

Lancé il y a moins de deux ans, le projet suscite l’enthousiasme des scientifiques impliqués. D’une part, l’énergie photovoltaïque va nécessairement continuer à se développer. D’autre part, les structures galbées de béton sont très largement utilisées en architecture. En répondant à ces deux prérogatives, le sandwich solaire pourrait être promis à un bel avenir.