Revêtements nanostructurés pour collecteurs solaires thermiques
Nous passons plus de 80 % de notre temps à l'intérieur des bâtiments. Ces derniers nous protègent des aléas du climat au prix d'un coût environnemental élevé. Le secteur du bâtiment, incluant les charges d'exploitation et l'énergie grise consommée pour la construction (fabrication du ciment, des tuiles, ou du verre), est l'un des plus grands consommateurs d'énergie et l'un des plus grands émetteurs de gaz à effet de serre de la planète, responsable de plus de 40 % des émissions de CO2 de l'humanité.
Mais en Suisse, grâce aux progrès de la recherche et des technologies de construction, la quantité totale d'énergie nécessaire pour le chauffage du parc immobilier est restée stable depuis la crise pétrolière de 1974 - et ceci malgré l'accroissement considérable de la surface bâtie et des standards de construction. L'un des défis majeurs reste l'établissement et la généralisation de techniques de construction, telles que le label Minergie, qui permettrait de réduire d'un facteur quatre l'énergie consommée pour l'ensemble du parc immobilier. Ces stratégies d'optimisation énergétique vont de pair avec une augmentation conséquente de l'utilisation des énergies renouvelables dans les bâtiments, comme l'énergie solaire passive ou active ou l'éclairage naturel.
Le professeur Jean-Louis Scartezzini utilise une approche de physicien pour s'attaquer à ces défis d'ingénierie et d'architecture. Dans son Laboratoire d'énergie solaire et physique du bâtiment à l'EPFL, plusieurs projets sont en cours : énergies renouvelables pour un développement urbain durable, technologies biomimétiques intégrées aux bâtiments, innovations en matière d'intégration de capteurs solaires et de nanotechnologies, santé et qualité de l'environnement intérieur, utilisation et perception de la lumière naturelle.
Dans l'un des groupes de recherche du laboratoire, le Dr Andreas Schüler étudie la façon dont des nano-composants, incorporés sous forme de couches minces ou de minuscules puits quantiques à la surface des vitrages, peuvent améliorer la transformation de l'énergie solaire. à l'échelle nanométrique, les propriétés optiques et électroniques des matériaux changent. Cela ouvre de nouvelles possibilités de développement, explique Andreas Schüler, comme des couches colorées à haut taux de transmission pour des façades solaires actives, des puits quantiques photoluminescents pour les installations solaires de production d'électricité photovoltaïque, des revêtements thermochromiques ou des couches sélectives pour l'utilisation thermique de l'énergie solaire. L'utilisation de cette dernière est particulièrement intéressante pour le chauffage des locaux, la production d'eau chaude sanitaire, les fours solaires industriels, les installations de désalinisation de l'eau ou la production d'électricité solaire par conversion d'énergie thermique. Tous ces systèmes ont un point commun : le revêtement des capteurs par une couche permettant d'absorber un maximum d'énergie solaire tout en réduisant les pertes thermiques dues aux radiations infrarouges. Le laboratoire planche actuellement sur une méthode abordable et écologique qui permettrait de produire des couches sélectives, durables et homogènes sur de grandes surfaces. Les premiers résultats sont encourageants : les nouveaux revêtements résistent à la corrosion et sont stables à haute température.
Le laboratoire développe aussi des verres de couleur pour les capteurs solaires thermiques intégrés en façades. Ces verres ont pour caractéristique de présenter différentes colorations sans pour autant diminuer de manière excessive la transmission de l'énergie solaire. Ils permettront d'intégrer de façon plus harmonieuse les capteurs solaires aux façades des bâtiments