caMouflAGe multI-éChelle : Revêtements thermoactifs nanotexturés pour le contrôle passif de l’émissivité des surfaces – MAGIC

La modification des propriétés d’interaction d’un matériau avec le rayonnement infrarouge (IR) peut être exploitée à des fins duales. En effet, en travaillant sur les caractéristiques d’absorption et de réflexion des IR par la matière, il est possible de :
- tirer avantage du rayonnement IR solaire pour impacter le confort thermique et indirectement réduire les consommations énergétiques liées au chauffage ou la climatisation
- optimiser la discrétion en conditions nocturnes (vision nocturne (proche IR) et caméra thermique (IR thermique)).
Le projet MAGIC a pour ambition de combiner une composante « matériau intelligent (smart material) » et une composante « surface fonctionnelle » dans le but d’élaborer un revêtement à émissivité variable contrôlée. En d’autres termes, le projet MAGIC a pour but de combiner un revêtement de type peinture thermoactive à de la nano-texturation de surface. Le but de la peinture thermoactive sera de pouvoir moduler la température apparente de l’objet en fonction des conditions opérationnelles de température. La nano-texturation permettra de générer des matériaux ayant différentes émissivités, et donc différentes températures apparentes, afin de pouvoir envisager différentes applications et/ou environnements. Notons qu’à la fois l’application d’un revêtement et la nano-texturation de la surface sont des techniques qui peuvent être réalisées à grande échelle. De plus, elles peuvent s’appliquer à une grande gamme de matériaux (métaux, plastiques, composites, céramiques et textiles). En outre, utiliser une peinture thermoactive (i.e. dont les propriétés changent en fonction de la température) permet de s’affranchir d’un système actif induisant le changement d’état du matériau.
Les matériaux et technologies choisis sont d’une part le dioxyde de Vanadium (VO2) comme agent thermoactif et d’autre part la nano-texturation par laser femtoseconde. La peinture thermoactive sera fabriquée par insertion de particules de VO2 dans une matrice polymère qui sera ensuite nano-texturée.
Les propriétés thermoactives d’une peinture composite renfermant des particules d’oxyde de Vanadium. Le VO2 est un « smart material » dit thermochrome ou thermoactif. En-dessous de 67 °C, le VO2 est un diélectrique, il est transparent au rayonnement infrarouge donc les longueurs d'onde IR sont transmises par le matériau. La couche contenant le VO2 se comporte comme une couche neutre, permettant à la lumière du soleil de réchauffer le substrat. Au-dessus, les particules de VO2 sont dans leur état métallique et réfléchissent ainsi la lumière du soleil, empêchant ainsi son absorption et sa conversion en énergie thermique à l'intérieur du substrat. Le VO2 a également la particularité de subir une forte modification (environ 40%) de son émissivité IR lors du changement d’état, rendant envisageable de camoufler par exemple un véhicule « moteur chaud » et « moteur éteint ». Le changement de la constante diélectrique du VO2 est faible dans la gamme du spectre visible de sorte que la couleur du revêtement est peu affectée.
Le comportement électromagnétique particulier d’une surface micro ou nano-texturée. De manière grossière, la micro/nano-rugosité de surface va modifier l’interaction entre les ondes incidentes et la surface en les déviant dans de multiples directions, modifiant ainsi le signal réfléchi. Cette micro/nano-texturation va permettre ainsi « d’imiter » le comportement optique d’un autre matériau (un métal peut ainsi imiter la neige ou le gravier). Plus précisément, la micro/nano-texturation de surface va permettre de modifier fortement l’émissivité du matériau, la valeur d’émissivité pouvant être ajustée en fonction des paramètres de texturation (forme, taille, distribution, orientation).