Les chercheurs de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) travaillent avec le Laboratoire fédéral d’essais des matériaux et de recherche (EMPA) sur un verre de fenêtre qui maintient à l’extérieur la chaleur en été mais permet une vue claire sur le monde extérieur.
Selon la saison, les fenêtres doivent offrir différentes fonctions pour apporter du confort dans les bureaux et les appartements. En été, elles doivent éloigner la chaleur et éviter l’éblouissement par le soleil. En hiver, elles doivent distribuer la faible lumière de manière optimale dans la pièce. Une équipe dirigée par Andreas Schüler, du Laboratoire pour l’énergie solaire et la physique du bâtiment de l’EPFL a récemment développé une fenêtre qui répond à tous ces critères. Réalisé en coopération avec les chercheurs de l’EMPA, dirigés par Patrik Hoffmann, du Laboratoire pour les matériaux avancés de Thoune, ce travail est toujours en cours dans leur atelier, et vise à produire des vitrages pour fenêtre réduisant en été la surchauffe et l’éblouissement dans les locaux, et assurent aussi les entrées d’énergie solaire et de lumière du jour en hiver. Tout cela sans impacter la vue vers l’extérieur par un assombrissement ou des stores.

Le projet pilote est commencé
Jing Gong, un doctorant de l’EPFL, a utilisé le système laser complexe de l’EMPA à Thoune pour produire une sorte de modèle-maître avec une surface microstructurée réalisée grâce à la précision du laser. Des micro-miroirs sont ensuite vaporisés dans ces micro-rainures et encapsulés dans un film polymère. Ce film peut être facilement inséré dans une fenêtre classique à double vitrage. L’agencement des lentilles, dénommées “Compound Parabolic Concentrator” (concentrateur parabolique de composé), est utilisé pour refléter la lumière solaire de façon optimale, avec de faibles restrictions en visibilité. Pendant que les premiers prototypes sont développés dans le laboratoire, les chercheurs sont toujours en train de travailler sur une amélioration. Dans un projet pilote réalisé en coopération avec BASF Suisse, l’équipe travaille sur un procédé de fabrication qui pourrait rendre possible de produire des couches pour le verre consistant en millions de micro-miroirs, avec précision, rapidité et de manière rentable. Cela pose un challenge énorme, dû aux très hautes exigences en qualité optique. La prochaine étape est de faire passer au verre le test de l’utilisation courante. Les fenêtres seront installées dans le bâtiment Nest du campus EMPA à Dubendorf, dans l’unité Solace de l’EPFL.

Économies d’énergies et meilleure luminosité
Ce verre innovant offre de nombreux avantages, comme les chercheurs le confirment dans une estimation initiale : « Le verre peut réduire de 10 à 20 % la consommation d’énergie thermique par le chauffage ou l’air conditionné », indique Patrik Hoffmann. « Dans de nombreux cas, les stores de fenêtres ne seront plus indispensables à l’avenir. La lumière sera aussi distribuée plus uniformément dans la pièce ».
Dans leur travail, les chercheurs ont pu démontrer que l’idée fonctionne : l’autonomie grâce à la lumière du jour est considérablement augmentée. Avec une incidence lumineuse de 60°, le prototype dévie 80 % de la lumière, principalement dans une direction horizontale. Cela signifie que même les coins les plus éloignés d’un bureau ou d’un appartement sont mieux éclairés, ce qui peut avoir une influence positive sur l’ambiance, spécialement en hiver, lorsque la lumière est plus faible. Cependant, la fenêtre reste transparente, la vue n’est pas changée.