Le soleil de midi sur simple pression d'un bouton

Dans quelle mesure le nouveau matériau de construction protège-t-il de la chaleur de midi à Marrakech ? Comment doit-on imprimer une nouvelle façade pour qu'elle ne soit pas trop froide en hiver à Berlin et pas trop chaude en été ?

Les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich peuvent désormais simuler tout cela dans le Zero Carbon Building Systems Lab, un bâtiment gris argenté situé sur la colline du Hönggerberg. Le laboratoire a été créé par Arno Schlüter, professeur d'architecture et de systèmes de construction à l'ETH Zurich.

Pour les bâtiments qui exploitent le soleil

Dans le nouveau laboratoire, les chercheurs et chercheuses peuvent tester plus facilement et plus rapidement les performances des systèmes de construction, des composants et des matériaux nouvellement développés dans différentes conditions climatiques. La position du soleil, la composition de son rayonnement, la température et l'humidité peuvent être ajustées pour correspondre à presque n'importe quel point de la Terre, n'importe quel jour de l'année.

Au cœur du laboratoire se trouve une première mondiale : un soleil artificiel composé de centaines de puissantes diodes électroluminescentes. Celles-ci sont fixées à un bras mobile, ce qui permet au système d'imiter la trajectoire du soleil à différents endroits. Le simulateur a été développé par le groupe d'Arno Schlüter en collaboration avec des partenaires industriels.

En plus de la salle de soleil artificiel, il y a deux autres cellules d'essai sur le côté sud du bâtiment qui sont exposées à la lumière naturelle du soleil et au climat extérieur.

Tester les composants plus rapidement

La particularité de ce laboratoire réside dans le fait que les murs extérieurs, les plafonds et les sols des trois cellules de recherche peuvent être retirés et équipés de prototypes. Ainsi, les éléments de construction qui sont développés dans le laboratoire de fabrication robotique voisin, par exemple, peuvent être immédiatement testés en grandeur réelle pour en vérifier les performances et les affiner plus rapidement.

L'une d'entre elles est une façade semi-transparente en polymère imprimé, dont la structure dévie la lumière du soleil ou la laisse passer, en fonction de l'angle d'incidence. La façade est développée par le groupe d'Arno Schlüter en collaboration avec des scientifiques du groupe des professeurs Fabio Gramazio et Matthias Kohler de l'ETH Zurich et avec le groupe de Benjamin Dillenburger dans le cadre du Pôle de recherche national «Fabrication numérique».

Des composants de façades imprimés en 3D seront bientôt testés. Grâce à une macrostructure ingénieuse, ils peuvent conduire passivement la chaleur solaire de la façade vers l'intérieur du bâtiment ou servir d'isolant si nécessaire.

Le laboratoire poursuit également le développement de la façade solaire adaptative du groupe d'Arno Schlüter. Ses panneaux solaires mobiles s'orientent en fonction de la position du soleil et maximisent ainsi le gain d'énergie. Ils peuvent également faire de l'ombre ou laisser passer les rayons du soleil, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie de chauffage ou de refroidissement.

Dans le Zero Carbon Building Systems Lab, le système intelligent doit apprendre, grâce aux interactions des utilisateurs et utilisatrices, à orienter les panneaux de manière à maximiser le gain d'énergie et le confort. Comme les espaces de recherche sont accessibles et habitables, le comportement des utilisatrives et utilisateurs peut également être pris en compte et évalué.

Vers des bâtiments neutres sur le plan climatique

Le laboratoire a pour objectif de contribuer à rendre la construction et l'exploitation des bâtiments neutres sur le plan climatique. Arno Schlüter explique : «Si l'on veut réduire les émissions de gaz à effet de serre des bâtiments, il faut tenir compte des matériaux, de la technologie du bâtiment et du comportement des occupantes et occupants. Dans le laboratoire des systèmes de construction à zéro carbone, nous pouvons étudier la manière dont ces facteurs interagissent».

Différentes disciplines mèneront des recherches ensemble dans ce laboratoire : des architectes et des ingénieurs et ingénieures civiles côtoieront des informaticiennes et informaticiens et des spécialistes des matériaux. Il jouera également un rôle important dans l'enseignement : les doctorantes et doctorants et les étudiants et étudiantes en master y trouveront un espace d'expérimentation et apprendront par l'exemple et la pratique comment développer des bâtiments respectueux du climat. En outre, le laboratoire sera ouvert aux chercheuses et chercheurs externes et aux partenariats industriels.