Vers des fenêtres intelligentes à très haute efficacité énergétique ?

• Cette recherche encore au stade expérimental est basée sur une nouvelle formulation de matériau électrochrome : le MoWOx, un oxyde mixte de molybdène-tungstène
• Cette avancée permet d’envisager une fonctionnalité « double bande », c’est-à-dire une modulation sélective et indépendante des flux de lumière et de chaleur entrants
• Les résultats ont été publiés dans les revues Advanced Optical Materials et ACS Applied Optical Materials

Des scientifiques de l’Université de Liège (ULiège) et de l’Université de Namur (UNamur) ont mis au point un matériau électrochrome novateur capable de réguler indépendamment la lumière et la chaleur dans les bâtiments. Cette avancée, basée sur un oxyde mixte de molybdène-tungstène (MoWOx), ouvre la voie à des fenêtres intelligentes encore plus efficaces et économes en énergie.

Les fenêtres électrochromes sont des vitrages intelligents capables de moduler leur coloration, ou plus généralement leur état de transparence ou opacité, lorsqu'un courant électrique extérieur lui est appliqué. Une telle propriété permet de contrôler l’intensité de rayonnement solaire entrant dans un bâtiment, sans devoir recourir à des stores ou des rideaux. Ce type de fenêtres est déjà fabriqué industriellement et utilisé technologiquement dans certains bâtiments, mais les produits actuels ne permettent pas un contrôle séparé de la lumière visible (VIS) et du rayonnement proche infrarouge (NIR), respectivement liés à la luminosité et à la chaleur incidentes.

Des chercheurs et chercheuses de l'ULiège et de l'UNamur, grâce au soutien du Fonds de la Recherche Scientifique (FNRS), ont ainsi développé une nouvelle formulation de matériau électrochrome, intitulée MoWOx, qui repose sur une fonctionnalité « double bande » permettant la modulation sélective et indépendante des flux de lumière et de chaleur entrants.

Par le biais de cette nouvelle formulation, les équipes scientifiques ont démontré l’occurrence d’un mode optique innovant, dit « chaud » (warm), et cela pour la première fois pour ce type d’oxydes. Dans ce mode, le vitrage reste transparent aux radiations infrarouges pour laisser passer la chaleur, tout en ne filtrant que partiellement la lumière visible. Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour des climats froids et pour les périodes hivernales, où maximiser les apports de chaleur solaire tout en réduisant l’éblouissement solaire peut diminuer considérablement la consommation énergétique des bâtiments, notamment en termes de chauffage et d’éclairage artificiel.

Cette fonctionnalité « double bande » repose sur l’incorporation de composés plasmoniques nanostructurés dans la vitre intelligente. Un matériau plasmonique est un matériau dont les électrons libres peuvent osciller collectivement sous l’effet de la lumière. Il peut alors absorber, réfléchir ou diffuser la lumière de manière sélective selon sa composition et sa structure. Et c'est justement dans l’application de ces propriétés plasmoniques du MoWOx au cas des vitrages intelligentes que réside cette innovation. 

Sur ces bases, la composition et la morphologie des nanostructures plasmoniques influencent directement la sélectivité optique du filtrage, ce qui permet d’adapter plus précisément le vitrage aux besoins des utilisateurs.

Les futurs vitrages intelligents qui intègreront ces nouveaux composant pourront à terme révolutionner la gestion de l’énergie dans les bâtiments. Dans un contexte où la transition énergétique reste une priorité absolue, ces fenêtres novatrices contribueront à atteindre des objectifs de neutralité carbone et à construire des bâtiments à énergie quasi nulle.

Florian Gillissen, chercheur à l’Université de Liège et premier auteur de l'article publié dans Advanced Optical Materials : "Grâce à cette technologie, nous pouvons ajuster en temps réel la transmission de la lumière et de la chaleur à travers les fenêtres, ce qui représente un pas de géant pour l’optimisation énergétique des bâtiments". 

Professeur Michaël Lobet, Chercheur qualifié FNRS et premier auteur de l’article publié dans ACS Applied Optical Materials :  "La modélisation théorique et numérique a été réalisée à l’UNamur dans l’équipe du professeur Luc Henrard tandis que la synthèse et la caractérisation des matériaux a été réalisée sous la direction du professeur Rudi Cloots et du Dr Anthony Maho de l’Université de Liège. Ce sont ces synergies entre modélisation théorique et fabrication qui ont permis la caractérisation de ces matériaux MoWOx."