La fibre de soie poreuse retient la chaleur, cache un lapin de la caméra infrarouge

Les produits de chauffage personnels m'ont toujours effrayé. L'idée de se mettre dans un lit avec une couverture chauffante fait autant appel à un bain romantique avec mon grille-pain. Ainsi, lorsque des chercheurs proposent une chemise que vous branchez sur le secteur, ma réponse est la suivante: oui, non.

Mais la recherche est très intéressante, rendue encore meilleure par l’inclusion d’une photo gratuite de l’ours polaire. Selon le recueil de tru facs de Chris (brevet en instance), les ours polaires sont surtout connus pour être l'animal le moins susceptible d'exprimer ses regrets après s'être mastiqué le pied gauche par inadvertance. Tout aussi célèbre, les ours polaires semblent être en mesure de faire face à un climat plutôt froid. C’est ce dernier fait qui a attiré l’attention des chercheurs qui ont reproduit les propriétés isolantes de la fourrure d’ours polaire dans un fil tissable.

La fourrure d'ours polaire fait face à des défis difficiles. Etre isolant ne suffit pas: il faut également maintenir cette isolation lorsque le pelage de l'ours est trempé après avoir nagé d'une banquise à l'autre. Pour les animaux des beaux jours, cette baignade serait mortelle, car leur isolation repose principalement sur l’air emprisonné entre les poils. Comme l'air est un mauvais conducteur thermique, l'air emprisonné fournit une isolation remarquablement bonne. Malheureusement, une baignade prolongée enlève tout l'air et le remplace par de l'eau. L'eau est un bien meilleur conducteur de chaleur, alors la chaleur corporelle est aspirée par un animal détrempé à une vitesse mortelle par temps froid.

La fourrure d'ours polaire a évolué pour conserver certaines de ses propriétés isolantes, même trempées, en creusant l'intérieur de la fibre. Ainsi, une coupe transversale de poils d'ours polaires montrerait qu'elle a un revêtement extérieur épais pour fournir une résistance mécanique et un noyau avec un ensemble de pores alignés le long de la fibre, créant une sorte de structure en nid d'abeille offrant des poches d'air isolantes protégé de l'eau. Entre la fourrure et une couche utile de graisse, l'isolant d'ours polaires est si bon qu'il ne semble pas apparaître sur les caméras infrarouges. C'est plutôt cool.

Tissu d'ours polaire soyeux

Pour imiter les poils d’ours polaires et les transformer en un fil tissable, les chercheurs se sont tournés vers une autre fibre naturelle: la soie. Au lieu d'utiliser directement la fibre de soie, la soie a été purifiée et dissoute dans un liquide. La solution a ensuite été centrifugée et extrudée à travers un anneau refroidi. L'idée est que l'anneau froid gèle la soie lors de son passage. En fonction de la température de l'anneau et de la vitesse à laquelle la fibre est tirée à travers l'anneau, la soie peut commencer à geler avant d'atteindre l'anneau. Les chercheurs ont donc essayé de trouver un juste milieu en équilibrant température et vitesse. Si l'anneau est trop froid, tout se fige sur place et les pores seront orientés dans des directions aléatoires. Si l'anneau n'est pas assez froid, la protéine de soie a le temps de se fermer et d'éliminer complètement les pores.

Après quelques recherches, les chercheurs ont découvert une plage de températures produisant des pores alignés sur la direction de la fibre. Contrairement aux cheveux d'ours polaires que les chercheurs imitaient, cette fibre ne possède pas de revêtement extérieur épais. Même si l'alignement des pores a augmenté la résistance de la fibre d'un facteur deux environ, celle-ci reste environ 1 000 fois plus faible que les fibres du vêtement commercial.

Néanmoins, les chercheurs ont filé l'histoire en tissant leurs nouveaux fils dans un tissu. Ils ont placé le tissu sur une platine pouvant être chauffée et ont mesuré la différence de température entre le haut et le bas du tissu. Une seule couche du tissu a été en mesure d'introduire une différence de température d'environ quatre degrés lorsque la platine a été refroidie à -20 ° C, alors que cinq couches ont augmenté la différence de température jusqu'à environ 14 ° C.

En guise de démonstration finale, un lapin était habillé d'une seule couche de tissu. Cette seule couche était presque suffisante pour cacher le lapin d'une caméra infrarouge. Les bords du tissu présentaient toutefois des fuites, révélant une image au trait du lapin. Mais le corps recouvert de tissu était identique à l'arrière-plan. Cela peut être dû à la nature du test ou à la flexion du tissu pour en modifier les propriétés thermiques. (Nous ne le saurons jamais puisque cela n'a pas été testé et que les fuites de bord n'ont même pas été mentionnées.)

Les chercheurs ont également testé la résistance à l'eau du tissu, mais ils n'ont pas vérifié si les propriétés isolantes du matériau étaient préservées lorsqu'il était humide. Puisque cela semble être un test assez évident, le manque de résultats rapportés suggère que ce n’est probablement pas si bon sur le mouillé.

Il est temps de cuisiner

Les propriétés isolantes étant excellentes, il est également judicieux de pouvoir chauffer ou refroidir le tissu. Pour ce faire, les chercheurs ont ajouté au mélange des nanotubes de carbone, qui sont des conducteurs. Les tubes ont fini par être noyés dans la fibre sans détruire la structure à pores alignés du fil. Les chercheurs ont accroché un morceau de tissu jusqu’à une alimentation électrique de 5 V, et celui-ci chauffait rapidement mais ne s’enflammait pas, ce qui était toujours un avantage pour un appareil portable. Malheureusement, le courant n’a pas été signalé et je n’ai aucune idée de la quantité d’énergie utilisée pour chauffer le tissu.

Les chercheurs ont une vision intéressante des vêtements pouvant être chauffés. Ils citent des recherches qui suggèrent que près de la moitié de l'énergie que nous utilisons pour chauffer nos maisons sert à calmer le désir de notre corps d'être confortablement au chaud. Je dois admettre que je ne peux pas penser à une autre raison de chauffer une maison. Je me demande donc toujours à quoi sert l'autre moitié: peut-être ont-ils séparé le chauffage et le refroidissement? Quoi qu’il en soit, les chercheurs suggèrent que, s’il existait un tissu léger et confortable qui puisse nous garder au chaud ou qui soit chauffé pour nous réchauffer, il pourrait y avoir une économie d’énergie substantielle.

C'est peut-être correct, mais je pense que la psychologie humaine joue un rôle important ici. Une grande partie de la population préfère déjà allumer le radiateur et se promener avec un t-shirt plutôt que de porter un chandail ou une chemise à manches longues. Je suis à peu près sûr qu'un nouveau tissu ne changera pas cela.

Et même si j'aime la recherche, j'aurais vraiment aimé que les chercheurs publient leurs résultats de manière plus simple. Par exemple, ils définissent la conductivité thermique de leur tissu isolant, mais ils ne signalent jamais de valeur, nous ne pouvons donc pas la comparer aux matériaux existants. De même, leur tissu est exposé à toutes sortes de conditions, mais il n'est comparé que deux fois aux tissus existants. Donc, même si je pense que cela pourrait être un matériau d'avenir (en supposant qu'il puisse être renforcé), il n'y a tout simplement pas assez d'informations pour spéculer.

Matériaux avancés, DOI: 10.1002 / adma.201706807 (À propos des DOI).