À midi, par une journée d’été ensoleillée, la température d’un toit plat conventionnel de couleur sombre peut atteindre 150 degrés Fahrenheit (65 degrés Celsius), selon le ministère américain de l’Énergie. Cette chaleur réchauffera également l’intérieur d’un bâtiment ou d’une maison, ce qui rendra nécessaire l’utilisation de la climatisation – une dépense énergétique qui à son tour nécessite souvent de brûler des combustibles fossiles dans les centrales électriques, dont les émissions contribuent à la progression du changement climatique. C’est un problème épineux qui pourrait être facilement résolu si nous n’avions que des toits qui reflétaient l’énergie solaire dans le ciel, au lieu de l’absorber.
La peinture la plus blanche jamais créée
C’est pourquoi le développement par les chercheurs de la peinture la plus blanche jamais créée – une formulation «ultra-blanche» qui réfléchit jusqu’à 98,1% de la lumière du soleil – pourrait s’avérer très important dans l’effort de réduire la consommation d’énergie et de lutter contre le réchauffement de notre planète. La percée est détaillée dans cet article, publié le 15 avril 2021 dans Applied Materials & Interfaces, une revue de l’American Chemical Society (ACS).
“Cette peinture reflète non seulement la majorité de la lumière du soleil pour éviter la surchauffe, mais se refroidit également plus froid que l’air qui l’entoure, même sous la lumière directe du soleil”, explique Xiangyu Li, le premier auteur du journal, par e-mail. Il est chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology qui a travaillé sur le projet pendant ses études supérieures à Purdue. (Ses co-auteurs incluent Joseph Peoples, Peiyan Yao et l’auteur correspondant Xiulin Ruan, professeur de génie mécanique à Purdue, qui dirige le laboratoire de transport et de conversion d’énergie à l’échelle nanométrique de l’université.)
«D’une certaine manière, c’est effectivement un climatiseur sans consommer d’électricité», dit Li.
Non seulement la peinture absorbe très peu d’énergie de la lumière du soleil, mais elle émet également de l’énergie thermique dans la gamme infrarouge dans l’atmosphère, de sorte qu’elle se déplace hors de la Terre. «Les deux effets aident à réduire les besoins en électricité ou en refroidissement», dit Li.
Les chercheurs tentent de fabriquer des peintures qui pourraient être utilisées dans le refroidissement passif depuis les années 1970, mais la plupart d’entre elles ont absorbé trop de lumière du soleil, de sorte qu’elles ne fournissent aucun effet de refroidissement pendant la journée, explique Li. Ces dernières années, les scientifiques ont également exploré des technologies exotiques pour créer des surfaces réfléchissant la lumière, telles que des films nanonstructurés multicouches, mais ces solutions ont tendance à être coûteuses et pas facilement adaptables aux bâtiments, selon Li.
Cela a ramené les chercheurs à penser que la meilleure approche “se présente sous la forme d’un composite particules-polymère, qui est similaire à la peinture commerciale”, explique Li.
La peinture blanche ordinaire n’est pas assez blanche pour aider beaucoup avec le refroidissement passif – elle ne reflète que 80 à 90 pour cent de la lumière du soleil et devient plus chaude en absorbant la lumière ultraviolette. Ainsi, la tâche est devenue de trouver un moyen de rendre la peinture blanche encore plus blanche. Et cela s’est avéré être un défi.
«Nous avons d’abord essayé plusieurs matériaux avec une bande interdite d’électrons élevée pour éviter l’absorption solaire», explique Li. “Cependant, les peintures semblaient souvent semi-transparentes à faible épaisseur en raison du manque de capacité à réfléchir la lumière du soleil. Au cours de nos études précédentes sur les peintures commerciales et la modélisation théorique, nous avons identifié que la concentration élevée et la large distribution granulométrique étaient bénéfiques. Comme nous mis en œuvre ces deux approches, nous avons vu la solution de peinture apparaître plus blanche par rapport aux tentatives précédentes. “
Comme Li l’a expliqué dans un communiqué de presse de Purdue, les chercheurs se sont penchés sur «divers produits commerciaux, essentiellement tout ce qui est blanc». Finalement, “[w]Nous avons constaté qu’avec le sulfate de baryum, vous pouvez théoriquement rendre les choses vraiment, vraiment réfléchissantes, ce qui signifie qu’elles sont vraiment, vraiment blanches. “
Vous avez peut-être déjà entendu parler du sulfate de baryum. C’est ce que les patients médicaux prennent sous forme de boisson ou de comprimé pour recouvrir l’œsophage, l’estomac et les intestins lorsqu’ils subissent un examen aux rayons X ou une tomodensitométrie, afin que les médecins puissent voir plus clairement les zones malades ou endommagées, selon MedlinePlus. En tant qu’ingrédient de peinture, note Li, il est déjà largement disponible et sans danger pour les humains et l’environnement.
Les chercheurs ont utilisé une variété de tailles de particules de sulfate de baryum dans la peinture, ce qui a permis à la peinture de disperser une plus grande partie du spectre.
Ils devaient également s’assurer que la peinture durerait assez longtemps à l’extérieur pour convenir à la peinture des toits. «Nous avons testé la résistance à l’abrasion, la résistance aux intempéries en extérieur pendant trois semaines et un test de rinçage à l’eau», explique Li. “Tous les trois ont montré des résultats prometteurs en tant que tests de durabilité initiaux. Nous avons également testé la viscosité, et les peintures peuvent être brossées et séchées de manière très similaire à la peinture commerciale. Elles peuvent également être fabriquées de la même manière. Dans ce travail, nous avons non seulement atteint un peinture qui est supérieure à la peinture commerciale, mais qui n’a pas non plus besoin d’équipement ou de matériaux spécialisés pour fabriquer, transporter ou appliquer la peinture. “
La peinture ultra-blanche ressemble assez à la peinture blanche ordinaire, car la différence de réflectivité, bien que significative en termes de refroidissement, est imperceptible pour les yeux humains. “Dans le journal, nous avons une photo des deux peintures, qui semblent presque identiques l’une à l’autre”, dit Li.
La prochaine étape de la recherche consiste à optimiser la peinture pour une durabilité à long terme dans différentes sortes de conditions météorologiques. Il n’y a pas encore de date cible pour qu’il soit prêt pour le marché, alors ne le recherchez pas encore dans la quincaillerie locale.
