Les fenêtres deviennent des systèmes de chauffage et de refroidissement
Publié par Redbran le 21/04/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

©FLUIDGLASS
Les chercheurs du projet FLUIDGLASS, financé par l'UE, ont développé un concept innovant qui permet de transformer les fenêtres en capteurs solaires capables de contrôler le flux d'énergie à l'intérieur du bâtiment.

Et si une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) était davantage qu'une plaque de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) laissant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) ou nous permettant d'admirer la vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de beaux paysages ? Et si cette même fenêtre permettait de créer de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) pour chauffer ou climatiser votre immeuble de bureaux ?

Grâce au concept innovant de systèmes multifonctionnels de façade en verre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) solaire développé par le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) FLUIDGLASS financé par l'UE, cela sera bientôt possible. "L'approche de FLUIDGLASS transforme les façades vitrées passives, comme les fenêtres, en collecteurs solaires transparents actifs capables de contrôler le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) d'énergie dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le bâtiment", explique Anne-Sophie Zapf, coordinatrice du projet.

Quatre fonctions en une

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) derrière le projet FLUIDGLASS combine quatre fonctions (collecteur solaire thermique, dispositif de chauffage/refroidissement, enveloppe thermique transparente, système d'ombrage adaptatif) dans un système intégré. "Nous commençons par alimenter la fenêtre avec un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...) circulant spécial qui offre des niveaux d'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur laquelle se réfléchit...) variables selon la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous), la saison...) et l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure...) de la journée", explique Zapf. "Ce fluide permet à la face externe de capter le rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le spectre...) et de le transformer en énergie, qui est ensuite utilisée par la face interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable...) pour refroidir ou chauffer la pièce." Le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à l'intérieur du verre est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), d'antigel et de particules magnétiques.

Pour assurer la stabilité à long terme du système, les chercheurs ont utilisé des particules ayant des caractéristiques très précises. "Les particules ne peuvent ni s'agglutiner ni s'agglomérer", explique Zapf. "Elles doivent également rester dans la solution et ne pas se déposer à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la fenêtre." De plus, le fluide doit être injecté de manière sûre, homogène et efficace.

Selon Zapf, trouver la bonne coloration du liquide nécessaire pour obtenir le bon niveau de transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est...) s'est avéré plus difficile que prévu. "Y parvenir a demandé des efforts de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) supplémentaires", dit-elle. "Finalement, nous avons pu déterminer la bonne combinaison (Une combinaison peut être :) de particules, de fluide et de revêtement de la solution de verre que nous pourrons ensuite utiliser dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de test."

Capacités de chauffage et de refroidissement

Les chercheurs ont commencé à tester le système FLUIDGLASS à l'aide de modèles informatiques sophistiqués et, ensuite, d'un prototype. "Nous avons pu tester le système FLUIDGLASS pour la première fois dans les climats froids et chauds respectivement au Liechtenstein et à Chypre (Chypre (grec Κύπρος ; turc Kıbrıs) est une île située dans le Bassin Levantin qui constitue la partie la plus orientale de la mer Méditerranée;...)", explique Zapf. "Ces tests nous ont permis de mesurer la performance du système dans des conditions de laboratoire en utilisant un simulateur solaire à un niveau jamais atteint auparavant."

Dans des conditions idéales, chaque fenêtre FLUIDGLASS a été en mesure de produire jusqu'à un kilowatt d'énergie par heure. "Ces tests ont confirmé que le système FLUIDGLASS est capable de répondre aux besoins de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et de refroidissement d'un bâtiment sans qu'aucun système de chauffage ou de refroidissement supplémentaire ne soit nécessaire", explique Zapf.

Zapf ajoute qu'un des meilleurs moments a été de se tenir à l'intérieur du conteneur (Dans le domaine du transport, un container (de l'anglais), parfois francisé en conteneur, est un caisson métallique, en forme de parallélépipède, conçu pour le transport de marchandises par différents...) test et d'observer le système fonctionner. "À ce moment, nous avons su qu'il était possible d'installer toutes les parties du système FLUIDGLASS", poursuit-elle. "Cela a été la consécration du travail acharné et de la collaboration de tous les partenaires du projet, réunis pour construire un système de chauffage et de refroidissement durable et entièrement fonctionnel."

Les chercheurs participant au projet analysent à présent les résultats des tests et s'emploient à perfectionner la coloration nécessaire pour assurer le statut de FLUIDGLASS comme solution stable à long terme. L'objectif ultime est de tester le système dans des conditions d'exploitation réelles et, ensuite, de passer à la mise sur le marché.

Pour plus d'information voir: projet FLUIDGLASS

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