Comment les tissus de nouvelle génération vous garderont au frais pendant la chaleur estivale

La climatisation utilise 5% de toute l'électricité produite aux États-Unis. C'est une énorme quantité de ressources qui, littéralement, s'envolent chaque année. Ainsi, même de petites avancées qui aident les gens à rester au frais peuvent avoir un effet important.

Aujourd'hui, Jonathan Tong et ses amis du MIT révèlent leur approche du problème : concevoir des tissus qui permettent à la chaleur de s'éloigner plus efficacement du corps.

Non seulement la plupart des vêtements sont opaques à la lumière visible, mais ils sont également opaques aux infrarouges. Cela emprisonne le rayonnement infrarouge, provoquant un échauffement du corps. C'est pratique quand il fait froid mais moins bon quand il fait chaud.

Alors Tong et co ont trouvé une solution. Concevoir un matériau opaque à la lumière visible mais transparent dans l'infrarouge.

Leur approche est simple. Tong et co disent que le corps humain émet de la chaleur principalement dans l'infrarouge moyen et lointain, de sorte que leur tissu devrait être conçu pour être transparent dans ces parties du spectre.

Pour se faire une idée du défi, ils ont mesuré les caractéristiques de transmission des matériaux d'habillement ordinaires tels que les tissus de coton et de polyester qui représentent ensemble près de 80 % de toute la production de fibres textiles. Ces matériaux ne transmettent qu'environ 1 % de la lumière infrarouge qui les frappe.

En revanche, le coton et le polyester transmettent entre 30 et 40 % de la lumière visible, ils sont donc plus transparents dans le champ visuel qu'ils ne le sont dans l'infrarouge. L'équipe affirme que ces matériaux semblent opaques parce qu'ils réfléchissent plus de lumière qu'ils n'en transmettent et que l'œil humain n'est que suffisamment sensible pour capter la lumière réfléchie. (En effet, il est généralement facile de voir à travers ces matériaux si vous les tenez devant vos yeux.)

Il y a deux raisons pour lesquelles le coton et le polyester sont si opaques dans l'infrarouge. La première est que les molécules se plient et tournent à de nombreuses fréquences infrarouges et absorbent ainsi fortement la lumière à ces fréquences. Et parce que tout tissu a une épaisseur de plusieurs milliers de molécules, presque toute la lumière infrarouge finit par être absorbée.

Deuxièmement, les fibres elles-mêmes ont à peu près la même taille que la longueur d'onde de la lumière infrarouge et la diffusent donc efficacement. Cela fait que les matériaux réfléchissent fortement la lumière infrarouge. C'est pourquoi ces matériaux apparaissent souvent blancs sur les images infrarouges.

Cela pose deux défis pour Tong and co. Leurs nouveaux matériaux doivent être nettement moins absorbants de la lumière infrarouge et ils doivent être constitués de fibres qui la diffusent moins fortement.

Deux matériaux artificiels viennent immédiatement à l'esprit. Le premier est le polyéthylène qui est fabriqué à partir de monomères d'éthylène répétitifs qui s'enchaînent pour former des molécules de différentes longueurs. Celui-ci a très peu de modes de vibration et de rotation aux fréquences infrarouges et est donc beaucoup moins absorbant.

Le second est le nylon qui a une structure moléculaire similaire à celle du polyéthylène avec l'ajout d'un groupe chimique amide. Ce groupe supplémentaire rend le nylon plus absorbant dans l'infrarouge, mais pas aussi absorbant que le coton ou le polyester dans la plage cruciale de 10 micromètres où le corps humain émet la majeure partie de sa chaleur.

Tong et compagnie ont un autre tour dans leur manche. Ils soulignent que rendre les fibres plus petites les fera diffuser et réfléchir moins fortement la lumière infrarouge. Ainsi, plus de lumière infrarouge passera.

Cela a un avantage supplémentaire. Le nylon et le polyester transmettent assez bien la lumière visible, mais en réduisant la taille des fibres à celle de la lumière visible, les fibres la diffuseront plus fortement. Cela devrait garantir que ces matériaux semblent opaques à l'œil humain.

L'équipe calcule ensuite l'effet du port d'un tissu en nylon ou en polyester fabriqué à partir de fibres d'un micromètre de diamètre et tissé dans un fil de 30 micromètres d'épaisseur. Ces calculs suggèrent que la transmission infrarouge accrue fournirait l'équivalent d'au moins 23 watts de refroidissement. De manière cruciale, ces matériaux doivent toujours être opaques aux longueurs d'onde visibles.

Le tissu visiblement opaque transparent aux infrarouges offre une solution simple pour réduire la consommation d'énergie des systèmes CVC en permettant des points de consigne de température plus élevés pendant l'été, concluent-ils.

Il y a quelques mises en garde, bien sûr. La première est que ces matériaux devraient être teints à des fins esthétiques avant de pouvoir être largement utilisés dans les vêtements vendus au détail. L'effet que ces colorants auraient sur la transmission infrarouge n'est pas encore clair.

La porosité de l'eau est un autre facteur. Cela a une influence importante sur le confort car une grande partie du refroidissement du corps provient de l'évaporation de la sueur. Si l'eau ne peut pas traverser ces matériaux, ils seront probablement inconfortables à porter.

Et la portabilité sera un élément important en soi. Ces matériaux devront être doux au toucher et confortables à porter, des facteurs difficiles à évaluer à partir d'une étude comme celle-ci. Ensuite, il y a la durabilité et la lavabilité, des facteurs importants dans de nombreuses décisions d'achat.

Enfin, il y a la question de la vie privée. Les caméras infrarouges deviennent de plus en plus bon marché et courantes et toute personne portant ces tissus apparaîtra plus ou moins nue à ces caméras. Tong and co n'en font aucune mention dans leur article, mais il s'agit probablement d'une considération importante dans un monde où des images embarrassantes peuvent se répandre dans le monde en un clin d'œil.

Une solution pourrait être de mélanger le matériau avec d'autres plus courants, mais encore une fois, l'impact de cela sur la transmission infrarouge doit être soigneusement déterminé. Il est clair qu'il reste encore du travail à faire sur tous ces fronts.

Néanmoins, il s'agit d'une approche intéressante d'un problème important qui pourrait avoir un impact significatif sur la consommation d'énergie dans les endroits où la climatisation est répandue.

Réf : arxiv.org/abs/1507.04269 : Tissus opaques visibles transparents aux infrarouges pour une gestion thermique personnelle portable

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