Sous le soleil brûlant de l'été, le toit d'un bâtiment exposé à la chaleur consomme une énergie considérable pour maintenir la fraîcheur intérieure. Aujourd'hui, la solution à ce problème réside peut-être dans un petit insecte qui se faufile à travers les forêts d'Asie du Sud-Est. Une équipe de recherche de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU), s'inspirant des écailles du coléoptère le plus blanc de la planète, le Cyphochilus, a réussi à développer un nouveau matériau céramique de refroidissement radiatif passif, dont la réflectivité solaire atteint 99,6 %, un niveau quasi parfait sur le plan théorique. Cette percée a été publiée dans la prestigieuse revue académique internationale Science.

S'inspirer du blanc le plus blanc de la nature

La couleur blanche éclatante du Cyphochilus ne provient pas de pigments, mais de la structure poreuse hiérarchique unique à l'intérieur de ses écailles. Cette structure diffuse la lumière de manière extrêmement efficace, surpassant même de nombreuses surfaces blanches artificielles. Le professeur Wang Zuan-kai, directeur de l'équipe de recherche et vice-président associé (recherche et innovation) de PolyU, a dirigé l'équipe pour explorer en profondeur les mystères de ce système de diffusion biologique.

Leur innovation clé réside dans le fait qu'ils n'ont pas simplement copié la composition chimique du coléoptère, mais qu'ils ont « traduit » la logique géométrique de sa diffusion de la lumière dans un matériau céramique. Grâce à une conception biomimétique, l'équipe a réussi à construire une structure poreuse hiérarchique similaire à celle des écailles du coléoptère, permettant ainsi une diffusion efficace de l'ensemble du spectre solaire. Le professeur Wang Zuan-kai a déclaré : « Nos travaux de recherche sur la céramique de refroidissement illustrent la puissance immense de l'apprentissage auprès de la nature, comblant une lacune dans le domaine du refroidissement radiatif passif en matière de haute réflectivité solaire. »

Une réflectivité quasi parfaite et une suppression révolutionnaire de l'effet Leidenfrost

Les performances de cette céramique de refroidissement biomimétique sont impressionnantes :

Réflectivité solaire record de 99,6 % : En comparaison, les peintures de toiture blanches standard ne réfléchissent généralement qu'environ 80 à 90 % de la lumière solaire. Cet écart apparemment minime en pourcentage représente un fossé énorme en termes de consommation d'énergie — une réflectivité plus élevée signifie que moins de chaleur solaire est absorbée par le bâtiment, réduisant ainsi directement la dépendance aux systèmes de climatisation.

Capacité à supprimer l'effet Leidenfrost : Il s'agit d'un autre point fort technique de cette recherche. Lorsqu'un liquide entre en contact avec une surface extrêmement chaude, bien au-dessus de son point d'ébullition, il forme une couche de vapeur isolante qui entrave le transfert de chaleur. Or, cette nouvelle céramique est superhydrophile : les gouttelettes d'eau se répandent immédiatement et pénètrent rapidement dans sa structure poreuse. Les recherches confirment que, lors du processus de refroidissement par évaporation, cette céramique peut supprimer l'effet Leidenfrost à des températures supérieures à 800 °C, une première étude approfondie de cet effet dans le domaine des matériaux de refroidissement radiatif passif.

Un matériau « polyvalent » pour un avenir durable

Outre ses propriétés optiques et thermiques exceptionnelles, cette céramique de refroidissement présente une grande valeur pratique :

Excellente résistance aux intempéries et résistance mécanique : Capable de résister au soleil, à la pluie et aux fortes variations de température, elle convient aux applications extérieures à long terme.

Propriétés autonettoyantes : Contribuent à maintenir ses performances de refroidissement élevées.

Processus de fabrication simple : Sa recyclabilité et sa capacité d'ajustement des couleurs en font une solution économique, durable et polyvalente.

Redessiner l'environnement thermique urbain et le paysage énergétique

Les perspectives d'application de cette technologie biomimétique sont extrêmement vastes et pourraient avoir un impact profond dans plusieurs domaines :

Bâtiments verts et refroidissement urbain : Utilisée comme nouveau matériau pour les façades ou les toits des bâtiments, elle peut réduire considérablement la température intérieure, diminuer la consommation d'énergie de la climatisation et contribuer à la neutralité carbone des bâtiments. Ses propriétés de refroidissement passif efficaces sont également importantes pour atténuer l'effet d'îlot de chaleur urbain.

Installations électriques et de communication extérieures : Applicable à la gestion thermique passive d'installations extérieures clés telles que les sous-stations, les stations de base de communication et les centres de données, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle et la durée de vie des équipements.

Transport et stockage frigorifiques : Utilisée dans les camions frigorifiques, les conteneurs ou les installations de stockage temporaires, elle réduit la consommation d'énergie de refroidissement en diminuant la charge thermique externe.

Gestion thermique dans des environnements extrêmes : Sa capacité à supprimer l'effet Leidenfrost lui confère un potentiel d'application dans les environnements industriels à haute température, voire dans les systèmes de contrôle thermique des engins spatiaux.