Il n’y a qu’une quantité limitée de chaleur – ou de froid – que le corps humain peut supporter. Cela peut poser un problème dans des environnements extrêmes, depuis les températures polaires inférieures à zéro jusqu'à la chaleur impitoyable du Sahara, et cela ne s'arrête pas à la Terre. Le maintien de la température est également un enjeu pour les astronautes. Le vide de l’espace est un congélateur gargantuesque, et l’exposition directe au soleil peut être tout aussi brutale que le froid.

La technologie vestimentaire qui régule la température corporelle n’a généralement qu’un seul sens : chauffer ou refroidir. Il a également tendance à être encombrant et nécessite une énergie importante qui finit par épuiser les batteries. Et s’il existait un système capable à la fois de chauffer et de refroidir tout en fonctionnant avec une source d’énergie renouvelable constante ?

Une équipe de chercheurs, dirigée par Ziyuan Wang de l'Université Nankai de Tianjin, en Chine, a créé un système flexible, énergie solaire dispositif qui peut être incorporé aux vêtements et réguler le corps en chauffant ou en refroidissant activement la peau. Il fonctionne également en continu pendant 24 heures et n'a besoin que de la lumière du soleil pour se recharger.

« Pour obtenir la durabilité, la flexibilité et la légèreté requises, l'unité de gestion thermique du corps doit être très efficace dans le transfert d'énergie et avoir une faible consommation d'énergie », a déclaré l'équipe dans un communiqué. étude récemment publié dans Science.

Piles non incluses

Le nouveau système de Wang combine la puissance d'une cellule solaire avec celle d'un appareil électrocalorique. Cellules solaires, également connues sous le nom de cellules photovoltaïques, sont constituées de matériaux semi-conducteurs, capables d'absorber l'énergie du soleil et de la convertir en électricité. Dans ce cas, le matériau photovoltaïque utilisé est un polymère souple.

L'autre composant est un dispositif électrocalorique qui change de température lorsqu'il est placé dans un champ électrique. L'application du champ chauffera le matériau, tandis que son retrait le refroidira.

Le système développé par Wang et ses collègues est constitué d’un type de polyvinyle. Ce matériau flexible fonctionne comme un isolant, intégrant une cellule solaire à l'extérieur du polyvinyle avec un dispositif électrocalorique en dessous. Lorsqu’elle est exposée à la lumière du soleil, la cellule solaire fait exactement ce qu’elle devrait faire en transformant la lumière du soleil en énergie électrique. Cette électricité est ensuite transférée à l'appareil électrocalorique, où (en supposant que l'appareil soit en mode refroidissement) l'apparition d'un champ électrique chauffera l'appareil. La cellule solaire produit suffisamment d’énergie pour faire fonctionner l’ensemble du système, et toute énergie supplémentaire est conservée dans un dispositif de stockage d’énergie séparé.

Montez ou baissez le

Quelle que soit l’énergie stockée pendant la journée, elle devient particulièrement utile après le coucher du soleil. Dans l'obscurité, le système exploite automatiquement l'énergie de l'accessoire de stockage pour continuer à passer la nuit. Les modes de chauffage et de refroidissement peuvent être facilement commutés à mesure qu'il fait plus chaud ou plus froid. Et lorsque le système est à court d’énergie, il n’est pas nécessaire de le brancher : une exposition directe au soleil pendant 12 heures le rechargera.

« Avec ces deux modes de fonctionnement, une thermorégulation bidirectionnelle contrôlable pour le refroidissement et le réchauffement peut être mise en œuvre selon les besoins », ont déclaré les chercheurs dans le même communiqué. étude.

Alors, comment un explorateur, un astronaute ou toute personne se trouvant dans un environnement extrême peut-il porter cet appareil ? Wang propose une combinaison avec des panneaux chauffants et rafraîchissants fixés sur le devant et l'arrière de la poitrine, des bras et des jambes. Parce que les panneaux sont si flexibles et légers, un vêtement comme celui-ci n’alourdira pas quelqu’un confronté à une chaleur torride.

Même si cette technologie de thermorégulation n'est peut-être pas encore disponible, Wang espère qu'elle pourrait constituer une avancée significative pour ceux qui doivent travailler dans des environnements extrêmes, même pour les astronautes qui doivent braver l'obscurité glaciale pour sortir dans l'espace.

Sciences, 2023. DOI : 10.1126/science.adj3654