Chauffage passif doré pour le verre de lunettes
Un nouveau nano-revêtement d'or mis au point par des chercheurs de l'ETH chauffe les verres de lunettes avec la lumière du soleil, de sorte qu'ils ne s'embuent plus, même en cas d'humidité élevée. Ce revêtement pourrait également être utilisé sur les vitres de voiture.
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont mis au point un revêtement transparent très fin en or, capable de convertir la lumière du soleil en chaleur. Il peut par exemple être appliqué sur du verre ou d'autres surfaces et empêcher ainsi leur embuage. Ce revêtement pourrait être utilisé entre autres sur les verres de lunettes et les vitres de voiture.
Les chercheurs des groupes des professeurs de l'ETH Dimos Poulikakos et Thomas Schutzius soulignent qu'ils utilisent une méthode de revêtement techniquement simple qui est largement utilisée dans l'industrie. Elle consiste à vaporiser sous vide, dans une salle blanche, d'infimes quantités d'or sur la surface. L'ETH Zurich a déposé une demande de brevet pour ce revêtement.
Absorbe une grande partie du rayonnement infrarouge
La particularité de ce nouveau revêtement est qu'il absorbe sélectivement le rayonnement solaire. L'énergie de la lumière solaire se trouve pour moitié dans le rayonnement infrarouge et pour l'autre moitié dans la lumière visible ou le rayonnement UV. "Notre revêtement absorbe une grande partie du rayonnement infrarouge et se réchauffe ainsi - jusqu'à huit degrés Celsius", explique le doctorant de l'ETH Iwan Hächler, qui a joué un rôle déterminant dans le développement. En revanche, il laisse passer le rayonnement dans le domaine visible. C'est la raison pour laquelle le revêtement est transparent.
Le nouveau revêtement utilise une approche différente des méthodes anti-buée conventionnelles : Traditionnellement, les surfaces sont souvent revêtues de molécules qui attirent l'eau (hydrophiles). L'eau condensée se répartit ainsi uniformément sur la surface. Les sprays antibuée fonctionnent de cette manière. La nouvelle méthode, en revanche, chauffe la surface et empêche ainsi l'humidité de l'air de se condenser sur la surface. Les chauffages de la lunette arrière des voitures fonctionnent également de cette manière. Le chauffage à l'électricité est toutefois inefficace, comme le souligne Hächler. En revanche, le nouveau revêtement chauffe de manière passive et ne nécessite pas d'énergie supplémentaire lorsque le soleil brille.
Plus mince, plus efficace, plus souple
Les professeurs Poulikakos et Schutzius de l'ETH et leurs équipes travaillent depuis plusieurs années déjà sur des revêtements de surface qui se réchauffent passivement. Ils ont publié il y a trois ans un premier travail de recherche sur un revêtement en or qui empêche la formation de buée sur les surfaces transparentes (Actualités ETH a rapporté). Le revêtement présenté aujourd'hui présente plusieurs avantages par rapport au premier : il est composé de moins de couches et est nettement plus fin. Il est donc plus transparent et plus flexible. En outre, il est plus efficace et plus transparent, car il absorbe sélectivement les infrarouges.
L'or est certes cher. Mais il en faut si peu que les coûts des matériaux sont malgré tout faibles, comme le soulignent les chercheurs. Le revêtement est construit selon le principe du sandwich. Des clusters d'or minuscules et extrêmement fins se trouvent entre deux couches de dioxyde de titane, un matériau électriquement isolant. Ces deux couches augmentent l'efficacité de la production de chaleur en raison de leurs propriétés de réfraction de la lumière. En outre, la couche supérieure de dioxyde de titane sert de vernis pour protéger la couche d'or de l'abrasion. L'ensemble du revêtement sandwich n'a qu'une épaisseur de dix nanomètres. En comparaison, la feuille d'or est environ douze fois plus épaisse.
Les différents clusters d'or se touchent légèrement sur les côtés. Cela rend la couche d'or conductrice d'électricité. En l'absence de lumière solaire, il serait donc tout de même possible de chauffer le revêtement avec de l'électricité.
Les chercheurs vont maintenant continuer à développer le revêtement pour des applications. Ils examineront également si d'autres métaux conviennent aussi bien que l'or. Outre les lunettes et les vitres de voiture, ce principe antibuée pourrait être utilisé partout où quelque chose doit être chauffé tout en étant transparent, par exemple pour les fenêtres de bâtiments, les miroirs ou les capteurs optiques. Il ne faut toutefois pas craindre qu'une voiture ou un bâtiment se réchauffe davantage en été. Le doctorant Hächler de l'ETH explique : "Le revêtement des vitres absorbe les rayons infrarouges du soleil, ce qui chauffe spécifiquement la vitre et empêche le rayonnement de pénétrer à l'intérieur de la voiture ou du bâtiment. Ainsi, l'intérieur se réchauffe même moins que ce ne serait le cas sans revêtement".
Ce travail de recherche a été soutenu financièrement par le Fonds national suisse.
Références bibliographiques
Hächler I, Ferru N, Schnöring G, Mitridis E, Schutzius TM, Poulikakos D : Métamatériaux antibuée transparents activés par la lumière du soleil. Nature Nanotechnology 2022, doi : page externe10.1038/s41565-022-01267-1
Research Briefing associé : Combating fogging with selective sunlight nano-absorbers. Nature Nanotechnology 2022, doi : page externe10.1038/s41565-022-01269-z