Matériaux à sélectivité infra-rouge à base de clusters pour économies d’énergie – CLIMATE

CLIMATE vise à d’élaborer de nouveaux matériaux composites à base de clusters métalliques pour des applications dans le domaine des revêtements actifs pour la fabrication de vitrage à contrôle solaire. Les composites M6@silice-PDMS (PDMS = polydimethylsiloxane) seront obtenus par incorporation de clusters inorganiques octaédriques (notés M6 = Nb6, Ta6 pour les clusters homonucléaires ou M6 = combinaison de Nb ou Ta avec un métal 3d ou 4d pour les clusters hétéronucléaires) dans une matrice hybride de silice-PDMS en utilisant le procédé sol-gel. Les clusters seront des halogénures ou oxyhalogénures combinant des propriétés d’absorption UV et NIR avec une palette de couleur allant du vert, bleu-vert au marron-gris. Ils devront répondre aux critères industriels et commerciaux de Saint Gobain (SG) et présenter le double avantage de combiner : (i) l'optimisation de l'éclairage naturel et l’économie d'énergie avec (ii) l'esthétique. En effet, le vitrage à contrôle solaire doit permettre de réduire la consommation énergétique des maisons, des voitures et des serres, grâce à une meilleure isolation thermique notamment par le contrôle du rayonnement solaire proche infrarouge (NIR) sans réduire la qualité de vie des utilisateurs. Ainsi, les matériaux de revêtement transparents dans le visible et réfléchissant ou absorbant dans le NIR, sont d’un grand intérêt pour SG. Aujourd’hui, les matériaux commercialisés sont issus de méthodes de dépôts sous vide couteuses. La recherche de couches actives déposées par procédé en solution constitue un enjeu important pour SG. Ces couches consistent en une matrice (organique, inorganique ou hybride) dans laquelle sont introduites des espèces actives ayant des propriétés d'absorption IR et/ou UV. Cependant, pour atteindre de bonnes propriétés de contrôle solaire, il est nécessaire actuellement d'introduire grandes quantités de particules actives parfois de plusieurs types dans la matrice. Ces quantités importantes induisent des altérations des propriétés des couches limitant de ce fait parfois le champ des applications industrielles. En outre, la chimie de chaque particule ou nanoparticule peut être très différente rendant plus délicat le procédé d’incorporation dans la matrice. L’originalité de l’utilisation de clusters métalliques comme espèce active réside dans la flexibilité des compositions (métal et ligands), des états d’oxydation des métaux et leur taille nanométrique qui leur confèrent une grande transparence dans le visible contrairement aux nanoparticules classiques plus grosses qui diffractent la lumière. Cette flexibilité sera mise à profit pour élaborer sur mesures des entités fonctionnelles avec des propriétés optimisées de couleur, de transparence, d’absorption UV et de blocage NIR. Pour atteindre des propriétés optiques optimales, il pourrait être nécessaire d’intégrer plusieurs types de clusters (différences de compositions et d’état d’oxydation) dans la matrice. L’avantage des clusters M6, est que, quels que soient leurs types, leur comportement chimique sera très similaire. Cela devrait favoriser les procédés d’incorporation en une étape. CLIMATE est un projet PRCE associant 3 partenaires: l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes-UMR 6226 (P1), le ‘Laboratory for Innovative Key Materials and Structure’ LINK-UMI 3629-SG-CNRS-NIMS (P2) et le Centre de Recherche SG - Aubervilliers (P3). En tant que proposition PRCE, grâce à CLIMATE, SG bénéficiera de l'expertise de P1 en chimie et en études théoriques des clusters et de celle de P2 spécialisé dans l'intégration et la caractérisation de nanocomposites en couches minces. P1 et P2 bénéficieront de l’expertise du partenaire industriel P3 pour l’optimisation des procédés de revêtement de grandes surfaces ainsi que de son expertise dans les transferts. CLIMATE produira de nouvelles connaissances fondamentales sur les matériaux composites et leur mise en forme, ainsi que des résultats potentiellement brevetables.