Les techniques et les matériaux de construction évoluent constamment. Dans ce contexte, certaines équipes de recherche s'efforcent de résoudre des problèmes parmi les plus urgents, comme l'amélioration de l'efficacité énergétique ou l'intégration de fonctions telles que la climatisation ou l'éclairage directement dans les éléments de construction. Des avancées comme le béton générateur d'électricité et capable d'analyser les bâtiments , ou les briques à haute résistance fabriquées à partir d'œufs, font progresser la technologie de la construction.
Briques Aerobrick Empa Omicron.
Des chercheurs d'Empa, un institut de recherche interdisciplinaire sur les matériaux basé à Zurich, en Suisse, viennent de présenter Aerobrick, une nouvelle brique translucide remplie d'aérogel de silice. Ce matériau de construction révolutionnaire, décrit en détail dans la revue scientifique Journal of Building Engineering, remplit la même fonction que les briques traditionnelles, mais avec en plus la capacité de laisser passer la lumière naturelle à l'intérieur et des performances d'isolation et de résistance nettement supérieures.
L'équipe des ingénieurs Jannis Wernery et Michal Ganobjak avait déjà présenté une première version d'Aerobrick en 2017, mais elle a perfectionné sa conception, sa composition et son procédé de fabrication pour en optimiser les performances. L'objectif – la construction de murs entièrement translucides offrant une isolation thermique efficace – est désormais une réalité. Ces nouvelles briques permettront ainsi de réaliser des économies de chauffage, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter une couche isolante à la maçonnerie, et d'électricité, grâce à un éclairage diffus dans tous types de pièces.
Verre et aérogel
Wernery, Ganobjak et leurs collègues du département Matériaux et composants énergétiques pour la construction d'Empa souhaitaient développer un matériau fidèle aux principes que l'architecte romain Vitruve considérait comme essentiels pour un bâtiment : durabilité, fonctionnalité et beauté.
Pour ce faire, ils ont testé différents modèles, dimensions et combinaisons, mais les ingrédients principaux restaient toujours les mêmes : du verre flotté (fabriqué en faisant flotter du verre en fusion sur une couche d’étain en fusion pour obtenir une épaisseur uniforme et une surface très plane), de la résine époxy et des granules d’aérogel de silice. Tous ces matériaux ont été sélectionnés pour leur grande clarté optique, permettant à la lumière de passer en un maximum sans que le résultat final soit transparent.
Après des centaines de simulations informatiques, la conception finale a pris forme : quatre panneaux de verre flotté de 12 mm reliés par des entretoises, leurs faces latérales, inférieures et supérieures étant scellées par une couche d’époxy de 1,5 mm. Les entretoises ont été fusionnées directement entre les panneaux de verre à l’aide de moules en silicone. Cette technique a permis de coller le verre tout en créant simultanément plusieurs chambres d’air entre eux afin d’optimiser l’isolation thermique.
Prototype de brique Aerobrick. Empa Omicrono.
Pour améliorer ses performances, une petite ouverture a été ménagée dans le joint de chacune des six cavités ainsi formées : quatre dans la couche intermédiaire de la brique et une dans chacune des couches externes. Ces interstices ont été remplis de granules d'aérogel sans liant, puis les ouvertures ont été scellées avec du ruban adhésif transparent. Les dimensions finales de la brique sont de 500 mm × 136 mm × 84 mm.
Une fois les premiers prototypes obtenus, l'équipe de recherche s'est concentrée sur la validation de leurs performances, tant par simulation informatique qu'en laboratoire. Soumise à une presse hydraulique, l'Aerobrick a démontré une résistance à la compression d'environ 45 mégapascals (MPa), supérieure à celle de toutes les briques actuellement disponibles sur le marché.
Concernant la conductivité thermique, la brique de verre remplie d'aérogel n'a pas dépassé 53 mW/(mK), soit la valeur la plus basse enregistrée parmi toutes les briques testées. De plus, elle transmet la majeure partie du spectre de la lumière visible. Ainsi, grâce à ses hautes performances et à ses qualités esthétiques, ce matériau pourrait devenir un nouvel élément structurel pour les façades
Cas d'utilisation
D'après les chercheurs, les briques de verre en aérogel sont idéales pour les espaces qui, pour des raisons de confidentialité, de sécurité ou de tranquillité, ne doivent pas avoir de vue directe sur l'extérieur, mais qui laissent passer une lumière naturelle diffuse. L'équipe souligne leur utilité notamment dans les immeubles de bureaux, les bibliothèques, les musées et autres espaces publics.
Une des briques Aerobrick dans une presse industrielle. Empa Omicrono.
Ils soulignent également sa polyvalence dans les bâtiments où l'optimisation de la lumière naturelle et l'économie d'espace sont essentielles. Ils citent en exemple les quartiers urbains densément peuplés, avec leurs immeubles de grande hauteur et leurs nombreux appartements – une description qui s'applique aux centres de Madrid, Barcelone ou de toute autre grande ville. De plus, ils insistent sur les bienfaits de ce type d'éclairage sur les occupants et leurs rythmes circadiens, c'est-à-dire les variations physiques, mentales et comportementales qui suivent un cycle de 24 heures et sont largement régulées par la lumière du jour.
Dans le même esprit, en ce qui concerne le maintien de rythmes circadiens sains, les hôpitaux, les maisons de retraite, les zoos, les écuries et autres établissements d'élevage sont également concernés. Les plantes qui n'ont pas besoin de lumière directe du soleil peuvent aussi grandement bénéficier de serres construites avec ce type de briques.
Illustration montrant un mur porteur construit en Aerobrick. Empa Omicrono.
En attendant l'approbation du brevet et la rencontre de partenaires industriels potentiels, les dirigeants d'Aerobrick sont très fiers d'une solution permettant de réaliser des murs périmétraux légers, minces et économes en énergie : « Nous pensons que les briques de verre remplies d'aérogel peuvent apporter plus de lumière à l'intérieur des bâtiments à travers l'enveloppe du bâtiment, tout en améliorant la santé et en contribuant à économiser l'énergie nécessaire à l'éclairage et au chauffage. ».
Source : https://www.elespanol.com/omicrono/.
