Nouveaux nanocomposites pour des vitrages sélectifs en toute transparence

Les bâtiments représentent une part importante de la consommation d'énergie mondiale. Plus de la moitié de cette énergie est utilisée dans les systèmes de refroidissement et/ou de chauffage pour maintenir sa température dans la plage de confort de ses occupants. Pour améliorer la régulation thermique de ces bâtiments, il est possible d’incorporer dans les vitrages des filtres absorbant sélectivement les rayonnements infrarouges proches (NIR) et ultra-violets (UV).

Concevoir des revêtements pour le vitrage « simples à réaliser », transparents dans le visible et qui interagissent uniquement avec les rayonnements UV et NIR est un des projets de recherche initié au Laboratory for Innovative Key Materials and Structures* lors de sa création en 2014. Plus précisément, les scientifiques s’intéressent à la capacité des nanocomposites à base de clusters de métaux de transition d’interagir avec les ondes électromagnétiques UV et NIR tout en restant transparents dans le domaine du visible, nanomatériaux qui pourraient ainsi être utilisés pour la régulation thermique des bâtiments.

Dans ce contexte, des équipes de l’Institut des Sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes 1/ENSCR/INSA Rennes), de l’Institut lumière matière (CNRS/Université Lyon 1) et du Laboratory for Innovative Key Materials and Structures (NIMS/Saint-Gobain/CNRS) sont parvenues à optimiser les propriétés optiques et électrochimiques de nanoclusters métalliques à base de tantale et niobium en faisant varier leur composition chimique et leur environnement. En combinant expériences et simulations quantiques, ils expliquent l’origine de la transparence dans le visible et de l’absorption dans les domaines UV et NIR de ces matériaux.

Les nanoclusters ont ensuite été déposés sur des surfaces de verre** par différents procédés de chimie en solution, bon marché et respectueux de l’environnement. Pour des nanoclusters hétérométalliques {Nb₅TaCl₁₂}²⁺, ils constatent une augmentation de la sélectivité pouvant aller jusqu’à 50% par rapport aux verres classiques.

Si l’avenir commercial de ces nouveaux absorbeurs peut paraître encore lointain, ils pourraient cependant représenter une sérieuse alternative aux revêtements actuels qui font toujours appel à des architectures complexes.

* Ce laboratoire de recherche international entre le Japon et la France piloté par le NIMS, le CNRS et la société Saint-Gobain en collaboration avec l’Université de Rennes 1 s’est appuyé sur plusieurs décennies de recherches fondamentales menées à l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR) sur les clusters de métaux de transition. Ce sujet de recherche innovant a bénéficié de l’aide financière du projet ANR CLIMATE avec un fort soutien des tutelles (Saint-Gobain, CNRS, NIMS et Université de Rennes 1).

Rédacteur : CCdM