« Ce béton respire comme une oreille d’éléphant » : un matériau inédit rafraîchit les bâtiments et réduit leur consommation énergétique

La recherche sur les matériaux de construction a fait un bond en avant avec le développement d’un ciment inspiré par les oreilles d’animaux, conçu pour réguler la température des bâtiments de manière passive. Ce matériau novateur, développé par l’Université Drexel, utilise un système de canaux remplis de paraffine pour absorber et libérer la chaleur, réduisant ainsi les besoins énergétiques liés au chauffage et à la climatisation. Cette avancée pourrait transformer la façon dont nous concevons les structures pour les rendre plus efficaces énergétiquement.

Une solution bio-inspirée pour les bâtiments

Le ciment innovant de l’Université Drexel s’inspire des oreilles des lièvres et des éléphants, connues pour leur capacité à réguler la chaleur. En intégrant un réseau de petits canaux remplis de paraffine dans le ciment, les chercheurs ont créé une surface capable de chauffer ou de refroidir passivement les murs, les sols et les plafonds. Cela répond à un besoin crucial, car les bâtiments consomment près de 40 % de l’énergie totale, dont environ la moitié est dédiée au chauffage ou au refroidissement. Plutôt que de lutter contre les pertes thermiques, cette technologie transforme les surfaces en régulateurs de température actifs.

Cette approche révolutionnaire est le fruit d’une observation minutieuse de la nature. Les animaux utilisent leurs systèmes circulatoires pour réguler leur température corporelle, un processus que les chercheurs ont cherché à reproduire dans les matériaux de construction. En utilisant la paraffine, un matériau à changement de phase, le ciment peut absorber et libérer de la chaleur par des transitions entre l’état solide et liquide, simulant ainsi le processus naturel de régulation thermique.

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La synergie entre paraffine et ciment

La combinaison du béton et de la paraffine repose sur l’incorporation d’une matrice polymère spécialement conçue, intégrée dans le béton pour former un système vasculaire. La paraffine, utilisée ici comme matériau à changement de phase, est idéale pour absorber et libérer de la chaleur. Lorsqu’elle se solidifie, elle libère de la chaleur, et lorsqu’elle fond, elle absorbe de la chaleur, générant ainsi un effet rafraîchissant. Ce système peut être adapté à différents climats en choisissant une paraffine avec un point de fusion approprié.

Cette technologie imite la manière dont les organismes vivants, y compris les humains, régulent leur température. Par exemple, lorsque la température extérieure augmente, le sang circule plus près de la surface de la peau, permettant une évaporation qui refroidit le corps. En appliquant ce principe aux matériaux de construction, les chercheurs ont créé un ciment qui peut aider à maintenir une température agréable à l’intérieur des bâtiments, réduisant ainsi la dépendance aux systèmes de chauffage et de climatisation.

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Tests et performances du ciment bio-inspiré

Pour évaluer l’efficacité de leur conception, les chercheurs ont testé plusieurs échantillons de ciment avec différents motifs et arrangements de canaux. Ces motifs comprenaient des grilles parallèles, diagonales et en forme de losange, avec des canaux variant de 3 à 8 millimètres d’épaisseur. Les tests ont révélé que la grille en losange offrait le meilleur compromis entre résistance mécanique et performance thermique, ralentissant les changements de température de 1 à 1,25 °C par heure.

Les résultats des tests ont montré que plus la surface vasculaire était grande, meilleure était la performance thermique, une observation qui reflète la physiologie des oreilles d’éléphant et de lièvre. En effet, ces animaux possèdent de vastes surfaces de vasculature pour réguler leur température corporelle, un principe que les chercheurs ont appliqué aux matériaux de construction pour aider à compenser les variations de température et réduire la demande énergétique des systèmes de CVC (chauffage, ventilation, climatisation).

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Vers des bâtiments plus verts et intelligents

Malgré la présence de canaux creux, le ciment reste suffisamment solide pour un usage pratique. L’ajout d’agrégats fins a permis d’améliorer sa durabilité sans compromettre le système vasculaire. Bien que cette étude ait été conçue comme une preuve de concept, les résultats prometteurs ouvrent la voie à de futures recherches et applications à grande échelle.

Les chercheurs prévoient maintenant d’expérimenter avec différents types de matériaux à changement de phase, des designs de canaux alternatifs et des échantillons de matériaux de construction plus grands. Ces essais se dérouleront sur de plus longues périodes et dans des conditions environnementales variées pour évaluer les performances à long terme. Cette technologie pourrait jouer un rôle crucial dans les efforts pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments.

À mesure que les efforts pour rendre les bâtiments plus économes en énergie se multiplient, la question demeure : jusqu’où pourrons-nous aller dans l’utilisation de matériaux bio-inspirés pour transformer notre environnement bâti ?