√Člectrochromisme¬†: principe/mat√©riaux/applications

À la différence des accumulateurs, supercondensateurs, piles à combustibles qui transforment de l’énergie chimique en énergie électrique ou des systèmes photovoltaïques qui convertissent de l’énergie lumineuse en électricité, les dispositifs électrochromes, qui ne sont rien d’autre que des batteries optiques minces permettent, par l’application d’un potentiel, de moduler le comportement optique dans le visible. Ces dispositifs permettent ainsi de gérer la transmission/absorbance de la lumière au travers d’un vitrage ; ils trouvent ainsi leur place dans l’architecture de buildings, sous forme de « vitrages intelligents », pour contrôler la luminosité intérieure à différentes périodes de la journée. Sur le même principe, les dispositifs électrochromes dans l’infrarouge sont aussi importants car ils permettent de contrôler l’émissivité, conduisant ainsi à des applications essentielles dans la gestion thermique des habitations pour l’économie d’énergie. Ce cours avait donc pour but i) de retracer l’histoire des matériaux électrochromes depuis la découverte accidentelle du bleu de Prusse en 1704 jusqu’à la réalisation des premiers dispositifs en 1970, ii) d’en donner les principes de fonctionnement fondamentaux, liés à la modifications du gap optique des matériaux d’électrodes par des réactions redox s’accompagnant d’un transfert de charge, iii) d’en faire l’état de l’art actuel et de mentionner les applications déjà existantes au niveau de la voiture (toits et rétroviseurs) et celles en devenir qui sont liées à leur fabrication sur substrats plastiques, et vi) d’en présenter les perspectives, liées soit au domaine du visible soit à celui de l’IR.

Les systèmes électrochromes n’étant rien d’autre que des batteries optiques, leur commercialisation implique de résoudre des problèmes classiques et complexes d’électrochimie (interface électrode/électrolyte, stabilité des matériaux) tout en respectant des critères optiques exigeants (transparence, contraste, neutralité de couleur). Ces critères doivent également s’adapter à une demande spécifique pour chaque type d’applications. Malgré le succès acquis sur de petits objets commerciaux, le passage à la grande échelle pour les bâtiments est problématique en raison de nombreuses difficultés qui persistent tant au niveau des matériaux que sur le plan du fonctionnement des dispositifs dont les performances à hautes températures restent quelque peu limitées. Les difficultés au niveau des matériaux sont exacerbées pour les dispositifs électrochromes dans l’IR qui est moins mature, dispositifs pour lesquels les matériaux d’insertion émissifs idéaux restent à isoler, ce qui fait que, faute de mieux, on utilise encore WO3.

Finalement quelques chiffres permettent de témoigner du besoin de recherches dans ce domaine : i) les vitrages intelligents apportent une économie d’énergie de 40 % par rapport aux vitrages traditionnels ; ii) plus de 7 % de notre consommation énergétique annuelle est liée à la qualité d’isolation de nos fenêtres. Ainsi va la possibilité d’économiser un certain nombre de GWs, et même davantage encore, si l’on songe que pour économie d’un joule, 4 à 5 joules d’énergie primaire sont économisés.