Un sous-pull léger qui devient aussi chaud qu’une doudoune dès qu’il fait froid, c’est possible grâce à l’invention de chercheurs de l’Université de Nankai à Tianjin en Chine. Ces derniers ont mis au point un vêtement thermorégulateur, auto-alimenté à l’énergie solaire et capable de réagir rapidement aux fluctuations de température, en combinant une cellule solaire flexible avec un dispositif électrocalorique.
Ce nouveau dispositif pourrait garantir la sécurité et le confort du corps humain en cas de fluctuation des températures ambiantes. Mieux, il pourrait même accroître la capacité de survie de l’Homme dans des environnements extrêmes, comme les régions polaires et l’espace extra-atmosphérique, selon de récents travaux publiés dans la revue Science.
Dans cette étude, Ziyuan Wang et ses collègues présentent un système de vêtements thermorégulateurs fonctionnant à l’énergie solaire qui sont capables de réagir rapidement à divers changements de température complexes ou rapides dans l’environnement.
Réguler la température du corps humain
Les vêtements sont le moyen le plus courant pour les humains de réguler la température de leur corps au quotidien par rapport à leur environnement. Mais la capacité des vêtements à s’adapter aux changements rapides de température, notamment dans les environnements difficiles – comme les régions polaires, les déserts ou l’espace – où les températures peuvent rapidement fluctuer entre le très chaud et le très froid reste un défi pour les approches actuelles en matière de vêtements thermorégulateurs.
Jusqu’à présent, les vêtements thermorégulateurs pouvaient être classés en deux catégories. D’une part, le type passif, qui comprend les systèmes de refroidissement radiatif, de changement de phase et d’adsorption (phénomène de fixation d’une substance sur une surface, à ne pas confondre avec l’absorption). Bien que ces vêtements aient l’avantage de ne pas nécessiter d’énergie externe, nombre d’entre eux n’assurent qu’une thermorégulation à sens unique, soit le réchauffement, soit le refroidissement.
D’autre part, on trouve le type actif, qui permet un refroidissement ou un réchauffement rapide, grâce à des systèmes de thermorégulation active à semi-conducteurs. Toutefois, ces vêtements sont souvent gourmands en énergie et nécessitent des équipements mécaniques importants et complexes.
Mais d’après le chercheur Ziyuan Wang et ses collègues, leurs vêtements thermorégulateurs flexibles OPV-EC (baptisés « OETC ») peuvent à la fois refroidir la peau de 10,1 kelvins (K) par temps chaud et maintenir le corps à une température supérieure de 3,2 kelvins à celle de la peau nue dans l’obscurité ou pendant la nuit.
Un dispositif auto-alimenté par l’énergie solaire
Pour ce faire, leur système combine un module photovoltaïque organique (OPV) – pour acquérir directement l’énergie de la lumière du soleil – avec une unité électrocalorique (EC) bidirectionnelle – pour chauffer ou refroidir sous l’action d’un courant électrique – en un seul dispositif flexible, qui peut être intégré dans des vêtements conventionnels. Ce dispositif s’auto-alimente donc grâce à la lumière du soleil et ne nécessite aucune source d’énergie supplémentaire.
Ainsi, ce dispositif intégré OETC maintient la température de la peau humaine dans une zone de confort thermique comprise entre 32,0°C et 36,0°C, et ce même si la température ambiante varie entre 12,5°C et 37,6°C. La faible consommation d’énergie et la grande efficacité du dispositif permettent une thermorégulation contrôlable et bi-mode pendant 24 heures avec 12 heures d’énergie solaire.
« Ce dispositif ouvre de nombreuses possibilités pour développer des systèmes de gestion thermique localisés contrôlés, auto-alimentés et portables et pour étendre l’adaptation humaine aux environnements difficiles », concluent les auteurs dans leur étude.
A lire – Sciences & Avenir