Ce nouveau tissu imprimable vous garde jusqu'à 6°C au frais tout en produisant de l'électricité grâce au mouvement.
Un tissu imprimable reflète 96 % de la lumière du soleil, reste plus frais à l'extérieur et transforme les mouvements en signaux électriques
Un carré de tissu blanc exposé au soleil parvient à rester entre 3 et 6°C en dessous de la température de l'air. Dans le même matériau, le mouvement génère également une petite quantité d'électricité, suffisante pour détecter un geste et commander l'allumage d'un système de chauffage. Le tout dans une structure flexible et imprimable.
Le matériel a été développé par un groupe de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et décrit dans une étude publiée dans Science avancée. La base est un nanocomposite de polydiméthylsiloxane, ou PDMS, et d'oxyde de zirconium (ZrO₂), traité grâce à une technique d'impression appelée écriture directe à l'encre, une sorte d'impression 3D dans laquelle l'encre est déposée formant un réseau de fibres.
Le résultat présente deux caractéristiques qui se retrouvent généralement dans des matériaux différents : il reflète une grande partie de l'énergie solaire et utilise le contact et le mouvement pour générer des charges électriques.
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Il reflète 96% du rayonnement solaire
Lors des tests, le tissu a atteint une réflectance solaire de 96 % et une émissivité dans l'infrarouge moyen de 97 %. En pratique, il absorbe peu d’énergie du Soleil et parvient en même temps à disperser une partie de la chaleur vers l’extérieur sous forme de rayonnement infrarouge.
Pour vérifier dans quelle mesure cela se traduisait en refroidissement, les chercheurs ont effectué des tests en extérieur à Urbana, dans l'Illinois, sous la lumière directe du soleil. Les chiffres les plus immédiats nécessitent cependant une clarification : ces 3 à 6 °C en dessous de la température ambiante n'ont pas été mesurés sur la peau d'une personne portant un t-shirt.
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L'expérience quantitative a utilisé un simulateur de peau. Avec la source de chaleur éteinte, dans les conditions normalement adoptées pour mesurer le refroidissement radiatif passif, le matériau est resté entre 3 et 6 °C en dessous de l'air ambiant. Avec le simulateur chauffé pour imiter la chaleur métabolique humaine, le tissu a enregistré des températures inférieures de 6 à 10 °C à celles du coton blanc, de 6 à 14 °C inférieures à la surface nue et de 10 à 15 °C inférieures à celles d'un tissu enduit d'argent.
L'Université de l'Illinois Urbana-Champaign a également montré une version plus grande appliquée au dos d'une chemise : sur l'image thermique, la zone couverte par le nouveau matériau apparaît nettement plus froide que le tissu environnant. C'est une démonstration visuelle prometteuse, encore loin d'un test clinique sur des personnes passées des heures au soleil.
En se déplaçant, il produit également de l'électricité
L'oxyde de zirconium remplit également une deuxième fonction. Lorsque le matériau entre en contact avec la peau puis s'en sépare, il produit une charge par effet triboélectrique, le même phénomène physique à l'origine du petit choc qui peut survenir après avoir marché sur un tapis.
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Avec la composition optimisée, les chercheurs ont atteint une densité de puissance maximale de 47 milliwatts par mètre carré. Le signal est resté stable après 30 000 cycles de fonctionnement. Ce sont des chiffres intéressants pour les capteurs portables, nettement moins pour transformer votre sweat-shirt en prise électrique. Bref, pour le téléphone il faut quand même le chargeur.
L’équipe a utilisé du matériel sur le coude pour suivre les mouvements de l’articulation et sur les doigts pour distinguer différentes configurations de la main. Les signaux électriques produits par le mouvement peuvent donc fonctionner directement comme des capteurs, sans nécessiter un capteur séparé alimenté en continu.
Le mouvement peut contrôler le chauffage, mais l'énergie vient de l'extérieur
La partie la plus curieuse de l’expérience survient lorsque le refroidissement et le mouvement sont combinés. Les chercheurs ont imprimé le nanocomposite sur un tissu conducteur recouvert d'argent, capable de chauffer par effet Joule.
Lorsque le système détecte un mouvement suffisamment fort, le signal triboélectrique active un circuit qui allume le chauffage. Lors des tests, l'augmentation de la fréquence et de la durée des touches a également augmenté la réponse thermique : à une fréquence d'une touche par seconde, une augmentation d'environ 10°C a été mesurée en 3,8 minutes.
Ici le détail a son importance : l’électricité produite par le mouvement seul ne fournit pas l’énergie nécessaire pour chauffer le tissu. Cela fonctionne comme une commande. Dans la configuration expérimentale, un microcontrôleur et un relais recevaient le signal, tandis que l'énergie de chauffage provenait d'une alimentation externe.
L'idée est donc celle d'un matériau qui reste passivement frais sous le soleil et peut utiliser le mouvement de celui qui le porte pour décider quand activer un système thermique alimenté séparément.
Pour l'instant il a survécu à dix lavages, pas à une saison dans le dressing
La structure imprimée présentait une perméabilité à la vapeur proche de celle du coton commercial et les propriétés optiques restaient essentiellement stables après dix cycles de lavage à 30 °C avec un détergent. Un bon début, difficile à assimiler aux mois ou années de lavage, de transpiration, de frottement et de séchage qui attendent un vrai vêtement.
Les mêmes auteurs indiquent une meilleure gestion de la transpiration et des contrôles plus longs du vieillissement du matériau parmi les étapes ultérieures. Il y a aussi un intérêt commercial à déclarer : la coordinatrice de recherche Lili Cai est co-fondatrice de SolarMantle et inventrice de brevets liés aux technologies de refroidissement radiatif, une circonstance rapportée dans l'étude.
Cependant, le matériau combine le refroidissement passif, la récupération d'énergie et la détection de mouvement dans une seule structure, évitant ainsi certaines des architectures multicouches utilisées jusqu'à présent. Il n’y a pas encore de t-shirt prêt à mettre dans le sac à dos. Il doit d’abord survivre à quelque chose de bien moins élégant qu’un laboratoire : des gens, de la sueur et bien plus de dix machines à laver.
