Le soleil de midi sur simple pression d’un bouton

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Une façade semi-transparente en polymère imprimé est prête à être testée avec le
Une façade semi-transparente en polymère imprimé est prête à être testée avec le soleil artificiel. (Image : ETH Zurich)
A l’ETH Zurich, il existe une pièce dans laquelle le soleil brille sur simple pression d’un bouton, comme à midi dans le Sahara ou comme en janvier à Berlin. Les chercheurs testent ainsi des systèmes, des éléments et des matériaux de construction nouvellement développés.

Dans quelle mesure le nouveau matériau de construction protège-t-il de la chaleur de midi à Marrakech ? Comment la nouvelle façade doit-elle être imprimée pour qu’il ne fasse pas trop froid en hiver à Berlin et pas trop chaud en été ?

Les chercheurs peuvent désormais le simuler à l’identique, dans un bâtiment gris argenté du Hönggerberg, le Zero Carbon Building Systems Lab. Ce laboratoire a été initié par Arno Schlüter, professeur d’architecture et de systèmes de construction à l’EPFZ.

Pour des bâtiments qui utilisent le soleil

Dans ce nouveau laboratoire, les chercheurs peuvent tester plus facilement et plus rapidement comment les systèmes, éléments et matériaux de construction nouvellement développés font leurs preuves dans différentes conditions climatiques. La position du soleil, la composition du rayonnement, la température et l’humidité de l’air peuvent être réglées de manière à correspondre à presque n’importe quel point du globe, n’importe quel jour de l’année.

La pièce maîtresse du laboratoire est une nouveauté mondiale : un soleil artificiel composé de centaines de puissantes diodes électroluminescentes, fixé à un bras pivotant grâce auquel l’installation peut imiter la course du soleil à différents endroits du monde. Le simulateur a été développé par le groupe Schlüters en collaboration avec des partenaires de l’industrie.


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

Tester les éléments de construction plus rapidement

La particularité du laboratoire est que les murs extérieurs, les plafonds ou les sols des trois cellules de recherche peuvent être remplacés et équipés de prototypes. De cette manière, il est possible de tester immédiatement et à grande échelle les performances d’éléments de bâtiment développés par exemple dans le laboratoire de fabrication robotisé voisin, et de les perfectionner plus rapidement.

C’est le cas d’une façade semi-transparente en polymère imprimé qui, grâce à sa structure, bloque ou laisse passer la lumière du soleil selon l’angle d’incidence. Elle est développée par le groupe de Schlüter en collaboration avec des chercheurs du groupe des professeurs de l’ETH Fabio Gramazio et Matthias Kohler ainsi que celui de Benjamin Dillenburger dans le cadre du Pôle de recherche national (NCCR) Fabrication numérique.

Des éléments de construction imprimés en 3D pour les façades seront bientôt testés. Grâce à une macrostructure sophistiquée, ils peuvent conduire passivement la chaleur du soleil de la façade vers l’intérieur des bâtiments ou, si nécessaire, avoir un effet isolant.


Le laboratoire poursuit également le développement de la façade solaire adaptative du groupe Schlüters. 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, sur la base des interactions des utilisateurs, à orienter les panneaux de manière à obtenir un maximum de production d’énergie et de confort. Comme les locaux de recherche sont accessibles et habitables, le comportement des utilisateurs peut également être pris en compte et évalué.

Vers des bâtiments neutres pour le climat

Le laboratoire doit contribuer à ce que les bâtiments deviennent climatiquement neutres lors de leur fabrication et de leur exploitation. Schlüter explique à ce sujet : "Si l’on veut réduire les émissions de gaz à effet de serre des bâtiments, les matériaux, la technique du bâtiment et le comportement des habitants jouent un rôle. Le Zero Carbon Building Systems Lab nous permet d’étudier l’interaction de ces facteurs".

Dans le laboratoire, différentes disciplines doivent faire des recherches ensemble : Des architectes et des ingénieurs en bâtiment y côtoieront des informaticiens et des spécialistes des matériaux. Il jouera également un rôle important dans la formation des étudiants : les doctorants et les étudiants en master y trouveront un espace d’expérimentation et apprendront par l’exemple comment développer des bâtiments respectueux du climat. En outre, le laboratoire sera également ouvert aux chercheurs externes et aux partenariats industriels.
Michael Walther