Structures polymères bioinspirées pour un refroidissement radiatif passif efficace – Biocool

Les villes consomment environ 75% l'énergie primaire mondiale et sont responsables de près de 60 % des émissions de gaz à effet de serre. L'aménagement et l'utilisation des zones urbaines ont un impact important sur le confort des habitants, leur santé ainsi que la performance énergétique des bâtiments en termes de consommation et de production, de climat local en lien avec les vagues de chaleur qui sont amplifiées par le dérèglement climatique, et les effets combinés à la pollution.
Les surfaces urbaines ont un rôle primordial sur ces impacts à travers l'effet d'îlot de chaleur. Le projet BioCool traite, des solutions qui contribuent à limiter ces effets et les impacts induits en jouant sur deux aspects complémentaires : le rayonnement et la récupération d'eau pouvant aussi contribuer à un abaissement des températures par évaporation suivant le climat local.
Pour cela, BioCool vise à développer des solutions basées sur les stratégies développées par le monde du vivant.
Les organismes vivants ont été soumis à la sélection et à l'évolution sous des contraintes qui ont nécessité le développement d'une grande quantité de matériaux et états de surface suivant différents environnements (humide, sec, ensoleillé, ...). Ils présentent des solutions de thermorégulation sur la base de nanostructures complexes et d'architectures et de morphologies à différentes échelles permettant de contrôler la réflexion, l'absorption et l'émission du spectre électromagnétique.
La micro/nano texturation des surfaces combinée aux propriétés optiques, peut en effet permettre de combiner l'antireflet et d'améliorer les propriétés anti-mouillage ou, au contraire, d'assurer une protection sélective contre le rayonnement solaire et de collecter l'humidité et de stocker l'eau à l'interface (cuticule). Le projet BioCool vise ainsi à étudier et à adopter la micro/nano-structure multi-échelle sous-jacente de diverses espèces d'insectes et d'interfaces de plantes pour leurs propriétés uniques d'auto thermo-régulation.
Sur la base d'une approche s'inspirant de leurs structures, il est possible d'atteindre une réflectance solaire élevée avec une émission thermique simultanée dans la fenêtre atmosphérique, ce qui permet d'améliorer les performances de refroidissement, avec des multifonctionnalités supplémentaires telles que la condensation/collecte de l'eau, l'autonettoyage et l'atténuation de l'impact climatique.
La réussite du projet BioCool devrait permettre d'atteindre la mise au point de matériaux favorisant un rafraichissement radiatif et d'atteindre des performances meilleures que les matériaux à albédo élevé (à dominante réfléchissante) existants. En outre, la collaboration croisée suivant des domaines de compétences complémentaires va permettre une approche numérique et une caractérisation expérimentale fines pour comprendre et tester les performances de rafraichissement radiatif pour les deux climats très différents français et singapouriens (tropicaux et tempérés). Les potentialités offertes par le partenariat vont permettre de tester différentes applications à différentes échelles pour des applications à différentes échelles : dans les bâtiments, les fenêtres ou même certains appareils électroniques. Des analyses d'impact seront réalisées à l'échelle de la ville à l'aide de simulations numériques prenant en compte les métapropriétés des surfaces. Une expérience dans des conditions climatiques réelles sera également réalisée sur un bâtiment universitaire en plus des tests effectués sur des échantillons et en conditions controlées.