Des scientifiques de l’Université de Liège et de l’Université de Namur ont mis au point un matériau électrochrome novateur capable de réguler indépendamment la lumière et la chaleur dans les bâtiments. Cette avancée, basée sur un oxyde mixte de molybdène-tungstène (MoWOx), ouvre la voie à des fenêtres intelligentes encore plus efficaces et économes en énergie.
L
es fenêtres électrochromes sont des vitrages intelligents capables de moduler leur coloration, ou plus généralement leur état de transparence / opacité, lorsqu'un courant électrique extérieur lui est appliqué. Une telle propriété permet de contrôler l’intensité de rayonnement solaire entrant dans un bâtiment, sans devoir recourir à des stores ou des rideaux. Ce type de fenêtres est déjà fabriqué industriellement et utilisé technologiquement dans certains bâtiments*, mais les produits actuels ne permettent pas un contrôle séparé de la lumière visible (VIS) et du rayonnement proche infrarouge (NIR), respectivement liés à la luminosité et à la chaleur incidentes. Des chercheurs et chercheuses de l'Université de Liège et de l'Université de Namur, grâce au soutien du F.R.S-FNRS, ont ainsi développé une nouvelle formulation de matériau électrochrome, intitulée MoWOx**, qui repose sur une fonctionnalité « double bande » permettant la modulation sélective et indépendante des flux de lumière et de chaleur entrants.
Par le biais de cette nouvelle formulation, ces équipes scientifiques ont démontré l’occurrence d’un mode optique innovant, dit « chaud » (warm), et cela pour la première fois pour ce type d’oxydes. Dans ce mode, le vitrage reste transparent aux radiations infrarouges pour laisser passer la chaleur, tout en ne filtrant que partiellement la lumière visible. Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour des climats froids et pour les périodes hivernales, où maximiser les apports de chaleur solaire tout en réduisant l’éblouissement solaire peut diminuer considérablement la consommation énergétique des bâtiments, notamment en termes de chauffage et d’éclairage artificiel.
Un nanomatériau plasmonique pour une filtration optique avancée
Cette fonctionnalité « double bande » repose sur l’incorporation de composés plasmoniques nanostructurés dans la vitre intelligente. Un matériau plasmonique est un matériau dont les électrons libres peuvent osciller collectivement sous l’effet de la lumière. Il peut alors absorber, réfléchir ou diffuser la lumière de manière sélective selon sa composition et sa structure. Et c'est justement dans l’application de ces propriétés plasmoniques du MoWOx au cas des vitrages intelligentes que réside cette innovation.
Sur ces bases, la composition et la morphologie des nanostructures plasmoniques influencent directement la sélectivité optique du filtrage, ce qui permet d’adapter plus précisément le vitrage aux besoins des utilisateurs. « Grâce à cette technologie, nous pouvons ajuster en temps réel la transmission de la lumière et de la chaleur à travers les fenêtres, ce qui représente un pas de géant pour l’optimisation énergétique des bâtiments », explique Florian Gillissen, chercheur à l’Université de Liège et premier auteur de l'article publié dans Advanced Optical Materials(1).
Son collègue le professeur Michaël Lobet, chercheur qualifié du F.R.S.-FNRS et premier auteur de l’article publié dans ACS Applied Optical Materials (2), insiste sur la complémentarité du consortium universitaire : "La modélisation théorique et numérique a été réalisée à l’UNamur dans l’équipe du professeur Luc Henrard tandis que la synthèse et la caractérisation des matériaux a été réalisée sous la direction du professeur Rudi Cloots et du Dr Anthony Maho de l’Université de Liège. Ce sont ces synergies entre modélisation théorique et fabrication qui ont permis la caractérisation de ces matériaux MoWOx."
Une application prometteuse pour les bâtiments du futur
Les futurs vitrages intelligents qui intègreront ces nouveaux composant pourront à terme révolutionner la gestion de l’énergie dans les bâtiments. Dans un contexte où la transition énergétique reste une priorité absolue, ces fenêtres novatrices contribueront à atteindre des objectifs de neutralité carbone et à construire des bâtiments à énergie quasi nulle.
Cette étude a été menée dans le cadre du projet PLASMON_EC, financé par le FNRS, en collaboration entre le laboratoire GREEnMat de l’Université de Liège et l’Institut de la matière structurée (NISM) de l’Université de Namur, en connexion étroite avec des chercheurs de l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB). L’équipe prévoit désormais d’optimiser encore cette technologie en améliorant la stabilité et la rapidité de commutation du matériau, tout en explorant de nouvelles techniques de fabrication à plus grande échelle. En parallèle, l’étude des processus fondamentaux se poursuit pour continuer à nourrir les futurs développements appliqués, tant pour les vitrages intelligents que pour d’autres technologies électroniques d’affichage et de labélisation.
* Le terme MoWOx (Mo1-yWyO3-δ) vient de la composition chimique du matériau, qui est un oxyde mixte de molybdène (Mo) et de tungstène (W). Voici comment il est formé :
(1) Florian Gillissen, Michaël Lobet, Jennifer Dewalque, Pierre Colson, Gilles Spronck, Rachel Gouttebaron, Mathieu Duttine, Brandon Faceira, Aline Rougier, Luc Henrard, Rudi Cloots, Anthony Maho, Mixed Molybdenum–Tungsten Oxide as Dual-Band, VIS–NIR Selective Electrochromic Material, Advanced Optical Materials, 13 février 2025. doi.org/10.1002/adom.202401995
(2) Michaël Lobet, Florian Gillissen, Nicolas De Moor, Jennifer Dewalque, Pierre Colson, Rudi Cloots, Anthony Maho, Luc Henrard, Plasmonic Properties of Doped Metal Oxides Investigated through the Kubelka-Munk Formalism, ACS Applied Optical Materials, 3 février 2025. doi.org/10.1021/acsaom.4c00432
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