La hausse des températures dans le monde court le risque de créer un cycle dangereux où davantage de personnes bénéficient de la climatisation, ce qui provoque une augmentation de la demande d’énergie et entraîne une augmentation des émissions de carbone, ce qui fait encore plus monter les températures. L’énergie renouvelable est une option pour briser ce cycle, mais les gens ont également étudié des matériaux qui permettent ce qu’on appelle le refroidissement passif. Sans utiliser d’énergie, ces matériaux absorbent la chaleur de tout ce qu’ils recouvrent et la diffusent dans l’espace.

La plupart de ces efforts se sont concentrés sur les matériaux de construction, dans le but de créer des toits qui peuvent garder les bâtiments quelques degrés plus frais que l’air ambiant. Mais maintenant, une équipe basée en Chine a repris les mêmes principes et les a appliqués au tissu, créant un gilet qui garde ses utilisateurs environ 3 ° C plus frais qu’ils ne le seraient autrement.

Construit pour se détendre

Chaque fois que quelque chose est exposé au soleil, il va absorber certains de ces photons, qui seront convertis en chaleur. Cette chaleur peut ensuite être renvoyée dans des longueurs d’onde infrarouges. Le problème est que cela ne refroidit pas beaucoup les choses. De nombreux gaz dans l’atmosphère absorbent immédiatement la lumière infrarouge, piégeant l’énergie sous forme de chaleur à proximité immédiate de l’objet. Si l’objet est une personne, il y a le problème supplémentaire de la chaleur générée par son métabolisme, qui est également rayonnée dans l’infrarouge en même temps.

Le secret du refroidissement passif réside dans l’existence de ce qu’on appelle la fenêtre atmosphérique. Il s’agit d’une zone du spectre infrarouge qu’aucun des gaz présents dans notre atmosphère ne peut absorber. Les photons dans cette zone du spectre sont susceptibles de se frayer un chemin vers l’espace, permettant effectivement à la chaleur de s’échapper de façon permanente.

Un matériau de refroidissement passif est conçu de manière à refléter la majeure partie de la lumière entrante, empêchant les photons parasites de chauffer l’objet qu’il recouvre. Dans le même temps, le matériau absorbera de la chaleur par contact avec tout ce qu’il recouvre, soit directement, soit via l’air intermédiaire. Mais le matériau est conçu pour que cette chaleur soit rayonnée dans l’infrarouge moyen, permettant aux photons de s’échapper par la fenêtre atmosphérique.

Aucun matériau ne fait tout cela tout seul. Mais avec notre capacité croissante à structurer plusieurs matériaux à petite échelle, il est possible de trouver des combinaisons de matériaux qui font l’affaire. Le résultat est un revêtement qui refroidit les choses sans nécessiter d’énergie au-delà de ce qui est nécessaire pour sa fabrication et son installation.

Maintenant, fais des vêtements

Les vêtements ajoutent évidemment quelques complications à cette tâche. Ils doivent être souples et lavables pour commencer. Et, si l’objectif est de garder quelqu’un au frais, il doit composer avec le système de refroidissement intégré au corps : la transpiration.

Pour rendre les vêtements réfléchissants, les chercheurs ont utilisé une poudre de dioxyde de titane, qui est très réfléchissante et souvent utilisée pour blanchir des choses comme la peinture. De toute évidence, une poudre à elle seule ne ferait pas de bons vêtements. Mais les chercheurs ont pris des nanoparticules de dioxyde de titane et les ont intégrées dans des fibres polymères, choisissant la taille des particules sur la base d’une modélisation informatique pour maximiser la réflexion.

Le polymère utilisé, l’acide polylactique, émet dans l’infrarouge moyen, ce qui est exactement ce qu’il faut pour envoyer des photons dans l’espace via la fenêtre atmosphérique. Les chercheurs annoncent également fièrement que le polymère est biodégradable, bien que j’aimerais voir des données à long terme sur la façon dont cela fonctionne après quelques années passées à se frotter à la population bactérienne de la peau humaine.

Ce matériau est tissé de sorte qu’il y ait des pores suffisamment grands pour l’échange d’air. Il est ensuite recouvert d’une fine couche d’un autre polymère, le polytétrafluoroéthylène. Cela sert à deux fins. Le polymère réfléchit efficacement la lumière UV, gérant certaines longueurs d’onde que le dioxyde de titane ne fait pas. Il est également hydrophobe, ce qui signifie qu’il repoussera l’eau. Combinez cela avec une taille de pores soigneusement choisie, et cela permet une respirabilité tout en gardant les choses imperméables.

Cette dernière fonctionnalité gère le problème de la sueur. Au fur et à mesure que la sueur s’évapore de notre peau, elle passe en phase vapeur, lui permettant de passer à travers les pores du matériau. Cela fonctionne même si le tissu rejette l’eau liquide en raison de sa nature hydrophobe.

Faire toutes les démos

Les chercheurs ont fait de leur mieux pour soumettre leur tissu merveilleux à toute une série de tests et de démonstrations. Ils ont montré que la combinaison respirante/imperméable fonctionnait en utilisant le tissu pour sceller le fond d’un récipient d’eau, puis en pompant de l’air à travers celui-ci. (Bizarrement, l’image de ceci dans le papier montre qu’ils mettent du poisson dans l’eau pour… je ne sais pas trop pourquoi.) Le tissu reflétait également bien plus de 90 pour cent de la lumière solaire entrante.

Ils ont également fabriqué un grand rouleau de tissu et ont montré que vous pouviez faire les choses que vous vous attendriez normalement à faire avec les vêtements, y compris le broder avec des motifs et l’envoyer dans la machine à laver.

Et, surtout, les chercheurs ont montré que le tissu gérait la chaleur comme prévu. Ils ont placé une variété de tissus sur une plaque de cuivre et les ont collés à la lumière directe du soleil. Pour que ce test reflète une utilisation normale du tissu, ils ont également injecté la quantité de chaleur normalement dissipée par le corps humain (ce qui est quelque peu dérangeant, ils ont appelé cela un « simulateur de peau »). La plaque s’est retrouvée 5 °C plus froide que le coton et près de 7 °C plus froide que l’élasthanne.

Comme test final, les chercheurs ont fabriqué un gilet à moitié recouvert de ce tissu, l’ont collé sur l’un de leurs étudiants et ont assis l’étudiant au soleil. En enregistrant la température de la personne avec une caméra infrarouge, ils ont découvert que la moitié recouverte de leur matériau structuré était généralement environ 3 ° C plus froide que celle qui ne l’était pas.

Ce matériau a des limites évidentes, notamment que le teindre éliminerait immédiatement une grande partie de sa fonction. Mais en tant que personne qui souffre beaucoup de la chaleur estivale, je serais plus qu’heureux d’accepter une situation « vous pouvez avoir n’importe quelle couleur tant que c’est blanc » pour ma chemise si cela me garde quelques degrés plus frais. Espérons donc qu’il n’y ait pas trop d’obstacles à la commercialisation sur celui-ci.

Science, 2021. DOI : 10.1126/science.abi5484 (À propos des DOI).