Le matériau composite est constitué de plusieurs couches différentes dont une feuille de cuivre, de plastique et de graphène. Selon la température extérieure, il peut changer sa couleur infrarouge – la couleur qui apparait sous imagerie thermique.

En même temps, le matériau modifie également la quantité de chaleur infrarouge qu’il absorbe ou émet depuis le bâtiment. Les jours de chaleur, il apparait en jaune sous l’imagerie thermique, ce qui indique qu’il émet plus de chaleur, alors qu’il apparait en mauve les jours plus froids, parce qu’il conserve cette chaleur.

Quand il est appliqué en façade, par exemple sous forme de bardage, il pourrait potentiellement réduire les besoins en chauffage, ventilation et air conditionné, et donc réduire la consommation énergétique du bâtiment dans son ensemble. « Nous avons établi une méthode low energy pour traiter un bâtiment comme une personne : on ajoute une couche quand il fait froid et on enlève quand il fait chaud », explique l’ingénieur en matériaux Po-Chun Hsu (Pritzker School of Molecular Engineering), qui a dirigé les recherches. « Ce genre de matériau intelligent nous permet de maintenir la température d’un bâtiment sans dépenser d’énormes quantités d’énergie »

Un revêtement « caméléon »

L’Université du Chicago décrit le matériau comme « semblable à un caméléon » parce qu’il peut changer de couleur selon la température extérieure. A une température de déclenchement déterminée, le matériau utilise une infime quantité d’électricité pour soit déposer du cuivre sur une fine couche, soit pour l’enlever.

Cette réaction chimique transforme la couche centrale du matériau – un solution electrolyte à base d’eau – en cuivre solide. Le cuivre à faible émission aide à conserver la chaleur et à chauffer l’intérieur d’un bâtiment, alors que la couche aqueuse à forte émission conserve la fraicheur. Cette couche aqueuse augmente également l’inflammabilité du matériau, et les chercheurs qualifient ce processus de passage entre métal et liquide et inversement comme stable, non-volatil, efficace et mécaniquement flexible ». « Une fois que l’on passe d’un état à l’autre, aucune énergie supplémentaire n’est nécessaire pour y rester (dans aucun des deux) », explique P-C Hsu. « Donc, pour les bâtiments où il ne serait pas nécessaire d’alterner régulièrement, cela représente vraiment une quantité négligeable d’électricité ».

Une diminution de consommation d’énergie de 8%

Dans le cadre de leur étude, publiée dans la revue Natural Sustainability, les chercheurs ont aussi créé des modèles pour tester les économies d’énergie qui pourraient être atteintes en utilisant leur matériau sur des bâtiments de 15 villes américaines, représentant 15 zones climatiques.

Dans les zones qui subissent les plus grandes variations climatiques, ils ont établi que le matériau pourrait faire économiser en moyenne 8.4% de la consommation énergétique pour la ventilation. Tout cela en ne représentant que 0.2% de la consommation électrique du bâtiment pour son fonctionnement. À l'heure actuelle, la construction et l'exploitation des bâtiments sont à l'origine de près de 37 % des émissions mondiales de carbone, dont la majeure partie est attribuée à l'exploitation des bâtiments, notamment l'éclairage, le chauffage et la climatisation.

Pour réduire ces émissions, le matériau pourrait être utilisé pour rénover des bâtiments historiques ou mal isolés et améliorer leur efficacité énergétique, car, selon les chercheurs, il serait plus facile à installer que l'isolation. Toutefois, plusieurs de ses composants - notamment la monocouche de graphène et le micro-grillage en or utilisés comme couches conductrices transparentes - sont actuellement encore chers et compliqués à fabriquer. Les chercheurs n'ont pour l'instant créé que des plaques de six centimètres de large du matériau, mais ils imaginent les assembler comme des bardeaux ou des tuiles, pour former des feuilles plus grandes.

Lorsque la couche aqueuse est active, le matériau est d'un blanc foncé, qui devient brun cuivré lorsque la couche de cuivre est active. Mais le matériau pourrait également être modifié pour afficher différentes couleurs en ajoutant une couche de pigments derrière la couche aqueuse transparente.

D’ailleurs, une autre approche pour garder les bâtiments frais consiste à les peindre en blanc. À cette fin, des chercheurs de l'université de Purdue ont récemment mis au point la "peinture la plus blanche jamais vue", qui réfléchit 98 % de la lumière du soleil.