The thermal characteristics and performance indicators of energy-saving building envelope structures containing phase change materials
Cette étude démontre que les plaques de plâtre à changement de phase de type sandwich, fabriquées avec un cœur eutectique d'acide palmitique et d'acide laurique, améliorent considérablement l'inertie thermique et la performance dynamique des enveloppes de bâtiments en réduisant efficacement les pics de température, en retardant le transfert de chaleur et en stabilisant les températures intérieures par rapport aux plaques de plâtre ordinaires.
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Imaginez que votre maison soit une éponge géante et affamée. Lorsque le soleil tape fort, l'éponge absorbe la chaleur, devient chaude, puis recrache lentement cette chaleur dans votre salon, vous faisant transpirer. Quand le soleil se couche, l'éponge est toujours chaude et maintient la pièce douillette, mais peut-être trop douillette si vous vouliez dormir. C'est ainsi que fonctionnent la plupart des murs de bâtiments aujourd'hui : ils ne font que retenir la chaleur ou la bloquer, mais ils ne la gèrent pas vraiment. Des scientifiques cherchent un moyen de rendre les murs plus intelligents, comme une éponge qui pourrait magiquement mettre sa faim en pause. Ils ont trouvé un tour spécial appelé « Matériaux à Changement de Phase » (MCP). Pensez à ces matériaux comme à une sorte de compresse magique qui ne fond pas en une flaque d'eau, mais qui reste solide, absorbant une quantité massive d'énergie thermique simplement en changeant son état interne, un peu comme une éponge qui boirait un océan entier sans devenir plus mouillée. En mettant ces matériaux à l'intérieur des murs, nous pourrions empêcher nos maisons de surchauffer pendant la journée et de geler la nuit, économisant ainsi de l'énergie et maintenant notre confort sans avoir à pousser le climatiseur au maximum.
Voyons maintenant ce qu'une équipe de chercheurs de l'Université de Chongqing a réellement fait avec cette idée. Ils ont décidé de construire un type spécial de panneau mural, un « sandwich » si l'on veut, utilisant du plâtre ordinaire (ce qui se trouve à l'intérieur de vos murs) mais avec un remplissage secret, dévoreur de chaleur, au milieu. Ils n'ont pas simplement fourré cela avec n'importe quelle cire ; ils ont créé un mélange personnalisé de deux acides gras (l'acide palmitique et l'acide laurique) qui agissent comme une éponge thermique parfaite. Pour empêcher ce mélange liquide de fuir comme une brique de jus cassée lorsqu'il chauffe, ils l'ont piégé à l'intérieur d'un support d'argile poreux, créant ainsi un composite à « forme stabilisée ». Ils ont ensuite cuit cela sous la forme d'un panneau de 10 cm par 10 cm par 3 cm, avec une couche de 1 cm d'épaisseur de ce remplissage magique juste au centre.
Pour voir si ce « sandwich intelligent » fonctionnait vraiment, l'équipe a mis en place une petite expérience. Ils ont construit deux modèles de pièces miniatures identiques. L'une avait un mur normal, et l'autre leur nouveau mur à changement de phase. Ils ont allumé un radiateur pour imiter une journée chaude et ont observé ce qui se passait. Le mur normal est devenu chaud rapidement, atteignant une température intérieure de pointe de 32,43 °C. Le mur intelligent, cependant, a agi comme un tampon thermique. Il a absorbé l'énergie supplémentaire, maintenant la température intérieure de pointe à 31,17 °C. Cela ne semble pas être une énorme différence, mais sur la surface intérieure du mur lui-même, le mur intelligent a été un héros, faisant passer la température d'un 39,90 °C brûlant à 34,91 °C. Mieux encore, le mur intelligent était lent à réagir. Tandis que le mur normal atteignait son pic rapidement, le mur intelligent a retardé son pic d'environ 81 minutes. C'est comme si le mur intelligent avait appuyé sur le bouton « snooze » de la chaleur, laissant le soleil se coucher avant de laisser la chaleur entrer dans la pièce.
Les chercheurs ne se sont pas arrêtés à ces petites pièces modèles ; ils ont également utilisé de puissantes simulations informatiques (en utilisant un programme appelé COMSOL) pour imaginer comment cela fonctionnerait dans un bâtiment de taille réelle sur trois jours (72 heures). Ces simulations ont confirmé ce qu'ils avaient observé en laboratoire : les murs intelligents maintenaient la température intérieure beaucoup plus stable, avec des variations plus faibles entre le chaud et le froid. La température à l'intérieur du bâtiment « intelligent » était plus uniforme, ce qui signifie qu'il n'y avait pas de points chauds bizarres près des fenêtres ou de coins froids. Les modèles informatiques ont montré que pendant la partie la plus chaude de la journée, la couche à changement de phase absorbait la chaleur comme une éponge, et quand le soleil se couchait, elle relâchait lentement l'énergie stockée, empêissant la pièce de devenir trop froide trop vite.
Alors, quel est le point essentiel ? L'étude suggère qu'en sandwichant ce mélange spécial d'acides gras entre des couches de plâtre, nous pouvons fabriquer des murs de bâtiments qui sont bien meilleurs pour réguler la température. Ils ne se contentent pas de bloquer la chaleur ; ils la gèrent activement, lissant les pics et les creux des changements de température quotidiens. Bien que les chercheurs aient noté que ces matériaux doivent être soigneusement conçus pour éviter les fuites et garantir leur longévité, leurs expériences et simulations montrent que cette approche de « l'éponge thermique » a un réel potentiel. Cela pourrait signifier des bâtiments qui restent confortables naturellement, nécessitant moins d'énergie pour se rafraîchir en été ou se réchauffer en hiver, transformant nos murs de barrières passives en partenaires actifs et économes en énergie.
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