Faire respirer des bâtiments pour économiser de l’énergie ?


Les anciennes bâtisses présentaient peu d’ouvertures afin de réguler la température intérieure. En effet, vingt centimètres de béton isolent mieux que du double vitrage. Néanmoins, ce dernier permettant beaucoup plus de luminosité dans les bâtiments, on a peu à peu vu fleurir des maisons avec de grandes baies vitrées et des immeubles de centaines d’étages de verre du sol au plafond. Les pertes énergétiques sont donc multipliées (voir Figure 1).

Figure 1 : Une veille bâtisse avec de petites fenêtres pour limiter les pertes de chaleur et le Foster Building

Doris Kim Sung, ancienne étudiante en biologie finalement devenue architecte, s’est inspirée de la régulation thermique que réalise notre épiderme afin de l’appliquer… aux bâtiments !

Les matériaux à mémoire de forme (attention formulation simpliste):

Ce sont surtout des alliages (combinaison d’un ou plusieurs métaux avec un ou plusieurs éléments chimiques) dont la forme va se modifier en fonction de la température extérieure. Concrètement, les matériaux se contractent lorsqu’il fait froid et quand il fait chaud, ils se dilatent et « retournent » à leur forme d’origine (voir Figure 2). Il existe aussi des mousses à mémoire de forme qui se déforment sous l’action d’une contrainte mécanique (en appuyant dessus).

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Figure 2 : 1/ La barre en alliage à mémoire de forme est dans sa position initiale sous la température initiale.

2/ La température diminue la forme de la barre change.

3/ La température remonte et la barre retrouve sa position initiale.

En se basant sur les matériaux intelligents (ou aussi appelés « à mémoire de forme »), Doris Kim Sung propose un système de plaques métalliques qui vont s’ouvrir et se fermer sous l’action du rayonnement et de la chaleur du soleil. Quand le soleil réchauffe le système, les plaques se dilatent et laissent ainsi passer de l’air pour rafraichir l’espace intérieur (voir Figure 3). Quand la température extérieure diminue, les plaques se referment et permettent alors de conserver la chaleur. Ce dispositif ne requiert aucune manipulation humaine ni électricité.

 

Figure 3 : A gauche le système quand la température est de 80°F (27°C) et au milieu le même système lorsque la température est de 74°F (23°C) [1].

Le principe de la « mémoire de forme » est déjà connu depuis longtemps (1930) mais une application de cette ampleur à l’architecture et au BTP serait du jamais vu (Figure 4).

Figure 4 : concept d’architecture basé sur ce principe en Chine.

Néanmoins, des recherches sont en cours pour améliorer le système et essayer de l’intégrer au double vitrage (voir Figure 5).

Figure 5 : 2 plaques de verre avec au milieu des motifs d’alliages à mémoires de formes qui pourraient se déployer en fonction du rayonnement extérieur [1]

Le dispositif pourrait permettre deux choses : laisser passer la lumière et/ou de l’air. On joue donc sur différents paramètres :

1/ Laisser passer la lumière = luminosité

2/ Laisser passer la lumière = rayonnement = chaleur

3/ Laisser passer le vent = convection/diffusion d’air pour réguler la température

En plus de ses avantages énergétiques, une telle technologie peut présenter des atouts en termes de déploiement et de sécurité. En effet, l’autonomie du système permettrait de l’installer dans des régions sans accès à l’électricité et l’ajout d’une plaque entière de métaux dans les vitres les rendraient plus résistantes.

L’idée semble donc bonne et pourrait être industrialisée peut-être plus vite qu’on ne le pense. Elle contient cependant certaines limites:

  • les matériaux à mémoire de forme sont sujets à la fatigue : le fait de faire des « allers retours » peut entrainer des fissures, puis leur propagation et, dans le pire des cas, des fractures.
  • la température ambiante joue sur le dispositif et semble le rendre inadapté à un hiver ensoleillé. En effet, si la température est de -5 °C, les plaques seront fermées même si le soleil brille. Cela empêche donc de profiter de la luminosité ou d’un réchauffement supplémentaire grâce au rayonnement du soleil. Des modifications de design semblent donc nécessaires pour ne pas limiter cette technologie aux régions chaudes.

Ces points représentent-ils de réels risques ou peut-on les limiter ? Comment pourrait-on utiliser une telle technologie de façon rentable ?
Voilà des questions auxquelles les architectes doivent attendre impatiemment les réponses afin de se lancer dans une nouvelle ère de création !

 

Source : plateforme Ted.com

http://www.ted.com/talks/doris_kim_sung_metal_that_breathes.html

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