Des chercheurs des universités de Stuttgart et de Fribourg ont dévoilé le « Solar Gate », le premier système de façade adaptatif et réactif aux conditions météorologiques qui exploite des matériaux naturels et l’impression 4D pour fonctionner sans énergie électrique. Inspiré des pommes de pin, ce système d’ombrage promet un avenir durable dans le domaine de la climatisation architecturale.
Une équipe de chercheurs des universités de Stuttgart et de Fribourg a développé un système de façade innovant et autonome en énergie, qui s’adapte passivement aux conditions climatiques, sans avoir recours à l’électricité. S’inspirant des mécanismes naturels des pommes de pin, ce système innovant, baptisé « Solar Gate », pourrait marquer une avancée significative dans la conception architecturale durable.
Les résultats de la recherche, publié dans la revue Nature Communications, révèlent le potentiel de la conception bioinspirée pour transformer la façon dont les bâtiments gèrent le contrôle climatique.
« La plupart des tentatives visant à rendre les façades architecturales plus réactives aux intempéries reposent sur des dispositifs techniques élaborés. Nos recherches explorent comment nous pouvons exploiter la réactivité du matériau lui-même grâce à une conception informatique avancée et à la fabrication additive », a déclaré Achim Menges, professeur et directeur de l'Institut de conception et de construction informatiques (ICD) de l'Université de Stuttgart, dans un communiqué. communiqué de presse.
Le « Solar Gate » fonctionne sans nécessiter d’énergie opérationnelle ni de composants mécaniques, ce qui en fait une alternative économe en énergie et écologique aux systèmes d’ombrage conventionnels.
« Nous avons mis au point un système d’ombrage qui s’ouvre et se ferme de manière autonome en fonction des changements climatiques, sans nécessiter d’énergie opérationnelle ni d’éléments mécatroniques. La structure en biomatériau elle-même est la machine », a ajouté Menges.
En exploitant les propriétés hygromorphes de la cellulose, un matériau naturel qui se dilate et se contracte en fonction des variations d’humidité, l’équipe de recherche a utilisé des techniques d’impression 4D pour créer une structure bicouche inspirée des écailles des pommes de pin. Ces structures s’ouvrent et se ferment automatiquement en fonction du taux d’humidité, exploitant les comportements auto-modelants et réversibles inhérents aux matériaux.

Légende: Le système d’ombrage adaptatif et autoréglable « Solar Gate » prend en charge la climatisation des bâtiments.
Crédit: ©ICD/IntCDC Université de Stuttgart
« Solar Gate » a démontré sa fonctionnalité et sa durabilité grâce à des tests rigoureux dans des conditions météorologiques réelles pendant plus d'un an.
Installé sur la verrière orientée au sud de la coque biomimétique livMatS de l'Université de Fribourg, le système contribue à réguler le climat intérieur du bâtiment. En hiver, il s'ouvre pour laisser entrer la lumière du soleil pour un chauffage naturel, et en été, il se ferme pour réduire le rayonnement solaire, obtenant cette capacité d'adaptation indépendamment de toute alimentation en énergie électrique.
« S’inspirant des mouvements hygroscopiques des écailles des pommes de pin et des bractées du chardon argenté, Solar Gate a réussi à traduire non seulement la haute fonctionnalité et la robustesse des modèles biologiques en un système d’ombrage bio-inspiré, mais aussi l’esthétique des mouvements des plantes », a déclaré Thomas Speck, professeur de botanique et directeur du groupe de biomécanique végétale de l’université de Fribourg, dans le communiqué de presse. « Cela peut être considéré comme la « voie royale de la bionique », car tout ce qui nous fascine dans les générateurs de concepts biologiques a également été réalisé dans le produit architectural bio-inspiré. »
Les implications de cette recherche vont au-delà du système de façade innovant lui-même. En réduisant la consommation d’énergie nécessaire au chauffage, à la climatisation et à la ventilation, le système « Solar Gate » s’inscrit dans le cadre des efforts mondiaux visant à réduire les émissions de carbone des bâtiments, qui contribuent de manière significative au changement climatique.
Le projet montre comment des technologies accessibles et rentables telles que la fabrication additive peuvent exploiter des matériaux renouvelables comme la cellulose pour ouvrir la voie à une architecture plus durable.