Les éléments de construction vitrés sont une méthode populaire en architecture pour faire entrer la lumière dans un bâtiment. Cela permet de mieux utiliser la lumière du jour, respectueuse de l’environnement, et de réduire les besoins en éclairage artificiel. Cependant, pour maximiser cet avantage, les éléments en verre doivent, dans la mesure du possible, être utilisés pour construire des murs entiers pour l’enveloppe du bâtiment, ce qui suppose que les éléments disposent d’une isolation thermique efficace et qu’ils puissent supporter une certaine charge – une combinaison qui n’était pas disponible sur le marché jusqu’à présent.
Ces deux exigences sont satisfaites : haute isolation et translucidité
Les aérogels de silicate sont des isolants thermiques haute performance de plus en plus répandus dans le secteur de la construction. Les plus courants sont les matelas et les enduits isolants opaques. Le chercheur de l’Empa Jannis Wernery et ses collègues du département « Building Energy Materials and Components » ont eu l’idée dès 2017 d’intégrer l’isolant directement dans un bloc de construction et ont présenté une nouvelle brique remplie d’aérogel, appelée « Aerobrick ». Grâce à son excellente isolation thermique, cette brique permet de réaliser des économies de chauffage sans avoir à ajouter de couche d’isolation supplémentaire sur la maçonnerie.
Cependant, l’aérogel peut également être presque transparent, ce qui permet d’obtenir un système de construction translucide et isolant. Afin d’exploiter cette caractéristique et d’améliorer encore les performances d’isolation de l’ »aérobriques », Wernery, Michal Ganobjak et leurs collaborateurs ont mis au point un nouveau type de composant modulaire à base de verre flotté et de granulés d’aérogel de silice, qui combine les deux propriétés – il est translucide et thermiquement isolant : la brique de verre en aérogel.
Les briques de verre remplies de granulés d’aérogel translucides permettent de construire des éléments de façade esthétiques et même porteurs, qui laissent entrer la lumière du jour sur une grande surface. Les chercheurs de l’Empa ont obtenu cette combinaison de résistance, d’isolation et de transmission de la lumière grâce à des entretoises décalées entre les feuilles de verre à l’intérieur de la brique de verre, qui assurent la stabilité statique avec un transfert de chaleur minimal.
La brique de verre a une conductivité thermique mesurée de 53 mW/(m∙K) et une résistance à la compression de près de 45 MPa. Il s’agit de la plus haute performance d’isolation d’une brique que l’on puisse trouver dans la littérature spécialisée, et a fortiori sur le marché. En même temps, s’y ajoute la propriété de transmission de la lumière.
De multiples applications en vue
La brique de verre Aerogel convient aux applications qui exigent à la fois un apport élevé de lumière naturelle, une protection contre l’éblouissement et une protection de la vie privée, par exemple dans les bureaux, les bibliothèques et les musées. Un aspect important est qu’une enveloppe de bâtiment constituée de telles briques de verre relie l’intérieur du bâtiment à l’extérieur en termes de lumière naturelle. Cela peut avoir un effet positif sur le rythme circadien des occupants du bâtiment. Les applications possibles sont par exemple :
- Les espaces qui ne doivent pas avoir de vue sur l’extérieur, par exemple pour des raisons d’intimité, de sécurité ou pour éviter les perturbations, mais qui doivent néanmoins laisser pénétrer une lumière naturelle diffuse à l’intérieur, comme les bibliothèques, les galeries, les musées, les foyers, les bureaux, les noyaux de cages d’escalier, les gymnases, les salles polyvalentes, les immeubles d’habitation ou les ateliers d’art.
- Les espaces où la lumière du jour est nécessaire à un rythme circadien sain, comme les foyers, les hôpitaux et les sanatoriums, mais aussi les zoos, les écuries et les élevages d’animaux, voire les serres
- Les lieux où il est nécessaire d’apporter un maximum de lumière naturelle et d’économiser de l’espace, par exemple dans les quartiers urbains densément construits avec des immeubles et de nombreux appartements en ville
- Éléments architecturaux tels que les murs Trombe dans l’architecture solaire, dans les cours intérieures ou les atriums, qui génèrent de la chaleur à partir du rayonnement infrarouge de la lumière du soleil
Une analyse des coûts des matériaux montre que la brique de verre isolante peut être tout à fait compétitive dans de telles applications. La brique de verre offre donc à l’architecture de nouvelles possibilités de conception pour augmenter la lumière naturelle dans les bâtiments, que ce soit pour les nouvelles constructions ou les rénovations. Les chercheurs ont depuis déposé une demande de brevet pour la brique de verre en aérogel et sont à la recherche de partenaires industriels potentiels.
