Projet RADCOOL, "Il faut mieux penser la conception des bâtiments, mieux les isoler, mieux les protéger"

Climatisation active et climatisation passive

Actuellement, le rafraichissement interne des bâtiments repose principalement sur la climatisation dite active, des dispositifs fonctionnant avec des gaz frigorifiques. Cependant, cette climatisation classique a ses défauts. Énergivore, elle a entraîné durant la canicule de juin 2025 une surconsommation électrique de 25% par rapport aux moyennes saisonnières¹. En outre, les fluides frigorigènes employés sont, en cas de fuite, de puissants gaz à effet de serre. Enfin, elle contribue aux ilots de chaleur urbains en rejetant l’air chaud à l’extérieur des habitations. À Paris, la climatisation peut ainsi augmenter la température locale jusqu’à 2,4°C, selon une étude de 2020².

Face à ces observations, des alternatives se développent. C’est le cas de la climatisation passive par géothermie, par exemple, qui consiste à utiliser la fraicheur du sol pour refroidir l’air extérieur avant de le réinsuffler dans l’habitat. Cette technique demeure néanmoins un système d’appoint, couteux et difficile à mettre en œuvre dans les zones urbaines. C’est dans ce contexte que Jérémie Drévillon, maître de conférences à l’Institut Pprime de Poitiers, a obtenu en 2017 un financement ANR pour son projet RADCOOL qui repose sur le refroidissement radiatif passif qui permettrait de refroidir des surfaces, sans consommer d'énergie, en renvoyant le rayonnement solaire et en dissipant la chaleur directement vers l’espace.

Concevoir des matériaux basés sur le refroidissement radiatif passif

La chaleur peut se transférer par conduction (dans les matériaux), convection (via mouvement d’un fluide) ou rayonnement (via la propagation d’ondes électromagnétiques). La chaleur du soleil nous provient par rayonnement, grâce à la propagation d’ondes dans l’atmosphère. Le refroidissement radiatif passif suit le même principe en transférant la chaleur des matériaux vers l’espace via des radiations infrarouges (voir Fig. 1). Ce phénomène physique est connu depuis des centaines d’années, principalement sous la forme du refroidissement nocturne. Jérémie Drévillon l’illustre : « un pare-brise qui a gelé en hiver n’est pas obligatoirement dû au fait que la température du pare-brise est descendue en dessous de 0°C. C’est parce qu’en cas de nuit sans nuage, il y a eu échange de chaleur par rayonnement entre le pare-brise et l’espace, et la condensation présente sur le pare-brise s'est transformée en glace ». Cependant, de jour, avec la présence du rayonnement solaire, impossible de tirer partie de ce phénomène de refroidissement.

Fig. 1. Illustration du principe de refroidissement radiatif passif © Jérémie Drévillon

C’est là que le projet de Jérémie Drévillon entre en scène : « jusqu’aux années 2010-2011, on ignorait comment réfléchir suffisamment le rayonnement solaire. L’étape cruciale a été l’utilisation des couches minces nanostructurées pour designer des nouveaux matériaux, des métamatériaux, capables à la fois de réfléchir le rayonnement solaire et d’optimiser l’évacuation de la chaleur du matériau lui-même. »

Le premier démonstrateur développé dans le projet RADCOOL est un revêtement composé d’un empilement de couches-minces (de 10 à 500 nm) de divers matériaux (métaux, céramiques, oxydes). L’analyse de leurs propriétés optiques a permis de déterminer comment les empiler afin d’obtenir des phénomènes d’interférences permettant de modifier le rayonnement. Le démonstrateur a, ensuite, été testé en conditions réelles extérieures afin de quantifier les baisses de température et le pouvoir de refroidissement. Le projet RADCOOL a ainsi montré qu’il est possible d’augmenter l’émission thermique dans l’infrarouge d’un revêtement constitué d’une couche de silice nanostructurée (500 micromètres) sur une couche d’argent (300 nm) (Fig. 2). Un m² de ce revêtement permet de produire 90 Watts de froid. Le projet s’est également intéressé à des revêtements composés de nanofibres de silice qui doivent permettre d’atteindre des puissances de refroidissement de l’ordre de 180 W.m^-2.

Fig. 2. A gauche : disque de 10 cm de diamètre composé d’une couche d’argent de 300 nm en face arrière et de la couche de silice nanostructurée. A droite : zoom sur la gravure en surface de la couche de silice. © Jérémie Drévillon

Outre, ses performances de refroidissement, la production de ces couches minces est peu coûteuse du fait de la très faible quantité de matière employée. Néanmoins, comme pour les panneaux solaires, un entretien est nécessaire pour garantir la durée de vie du revêtement soumis aux aléas climatiques, notamment aux dégradations liées aux UV qui vont modifier les propriétés optiques des couches minces et donc les performances du matériau.

Quelle utilisation pour ces nouveaux revêtements ?

Ces revêtements ont d’abord été conçus pour les toits, afin de maximiser l’échange de chaleur avec l’atmosphère. Néanmoins, des études menées par d’autres équipes sont en cours afin de pouvoir utiliser en façade des revêtements qui n’émettraient que vers le ciel, afin de préserver la rue et les bâtiments en vis-à-vis. Jérémie Drévillon précise que le refroidissement radiatif passif peut être employé de deux manière : « soit c’est le matériau qui compose le toit ou le mur qui est directement le refroidisseur, soit on met en place des systèmes équivalent aux capteurs solaires thermiques mais qui, dans notre cas, produisent de l’eau froide qui est ensuite redistribuée dans un système de climatisation classique ».

Concernant la place de ces nouveaux matériaux dans l’adaptation des villes face au réchauffement climatique, Jérémie Drévillon nuance : « la réflexion ne devrait pas être seulement « comment refroidir le bâtiment » mais surtout « comment faire en sorte qu’il ne chauffe pas ou moins » ». Il poursuit, « la climatisation n’est absolument pas la solution, il faut déjà mieux penser la conception des bâtiments : mieux les isoler, mieux les protéger, peut-être revoir certaines règlementations thermiques - comme celles d’accroître les surfaces vitrées qui est une très bonne idée en hiver mais catastrophique en été. Les deux points essentiels sont : faire en sorte que le rayonnement solaire chauffe moins le bâtiment et mieux contrôler la ventilation. »

Le difficile passage à l’échelle industrielle

Après la fin du projet RADCOOL, Jérémie Drévillon a poursuivi ses travaux via des collaborations avec d’autres laboratoires académiques et des industriels. Néanmoins, des verrous persistent. « Nous sommes loin d’avoir un système complet, c’est-à-dire une climatisation que l’on pourrait poser sur un toit ou incorporer à un bâtiment. Il existe une start-up américaine qui commercialise ce système mais nous n’avons pas beaucoup de retours en termes de performance ». Jérémie Drévillon ajoute : « Si on a démontré qu’il est possible de concevoir des métamatériaux qui se refroidissent passivement, même soumis au rayonnement solaire, il faut, maintenant, les intégrer dans un système industriel qui permette ensuite de récupérer le froid et le distribuer dans une habitation ».  

De par leur développement récent, les technologies de refroidissement passifs pâtissent d’une absence de normes, rendant difficile la comparaison des technologies entre elles. La clé proviendra peut-être du projet de recherche PaRaMetriCiii, financé au sein du Partenariat Européen pour la Métrologie. Ce dernier a pour objectif de construire un cadre de mesures pour les technologies de refroidissement radiatif passif, ce afin de pouvoir les comparer sur les points cruciaux pour les industriels : le coût, la durée de vie et les performances en termes de puissances de refroidissement. « Aujourd’hui, c’est ce qui manque », commente Jérémie Drévillon.

Si le passage à l’échelle industrielle nécessite de lever encore certains verrous, le projet RADCOOL reste décisif dans la carrière de Jérémie Drévillon. Ce projet ANR « Jeune chercheur » l’a « amené à travailler seul en tant que leader sur un projet et à créer de nouvelles collaborations ». Il lui a, également, permis d’obtenir une reconnaissance internationale pour son expertise dans la conception d’émetteur radiatifs en longueur d’onde et de développer de nouvelles applications, notamment dans le domaine du thermo photovoltaïque.  

¹ Staying cool without overheating the energy system – Analysis - IEA
² Early adaptation to heat waves and future reduction of air-conditioning energy use in Paris - IOPscience