Une école danoise s’équipe d’une façade solaire originale

CIS Nordhavn est un établissement scolaire de l’École internationale de Copenhague (Copenhaguen International School) située dans le nouveau district de Copenhague Nordhavn ; il a été conçu par C.F. Møller Architects.

La nouvelle École internationale de Copenhague (Danemark) a été équipée d’une façade photovoltaïque, réalisée avec 12000 modules solaires de couleur vert d’eau fabriqués selon une technologie développée en Suisse, par l’EPFL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne) en coopération avec SwissINSO, essaimage de l’école et société holding pionnière dans le développement et les applications de procédés de fabrication novateurs pour le solaire*. Objectif : coupler l’esthétique à l’efficacité énergétique pour des solutions solaires intégrées au bâti.

Les verres colorés pour réaliser la façade photovoltaïque ont été fournis par Emirates Insolaire, une société commune créée par SwissINSO et Emirates Glass. La façade solaire devrait produire quelque 300 MWh/an d’électricité, ce qui couvrirait plus de la moitié des besoins énergétiques de l’école. Douze années de recherche et de développement dans les laboratoires de l’EPFL ont permis de mettre au point ces panneaux solaires colorés par une technique particulière, celle des interférences lumineuses. Ce phénomène peut être observé dans la nature, sur certaines ailes de papillons, sur une bulle de savon ou sur un film d’huile à la surface de l’eau. « Vous avez cet effet irisé, cet arc-en-ciel coloré qui se forme sur une couche très mince. Nous travaillons sur le même mécanisme, mais sur du verre », précise Jean-Louis Scartezzini, directeur du Laboratoire d’énergie solaire et physique du bâtiment (LESO-PB) à l’école d’ingénieurs de Lausanne.

De gauche à droite : Nicolas Jolissaint, Andreas Schüler et Jean-Louis Scartezzini.

De multiples simulations numériques ont été nécessaires pour arriver à maîtriser la lumière réfléchie par les panneaux solaires afin qu’ils ne produisent qu’une couleur sans perdre en efficacité énergétique. Avant de développer les procédés de fabrication, il fallait en effet déterminer les longueurs d’onde idéales afin de créer un rouge brique, un bleu roi, un jaune doré ou un vert d’eau. Pour cela, les chercheurs ont mis au point des filtres qui sont déposés en fines couches nanométriques sur le vitrage. Ces filtres permettent de choisir les longueurs d’onde réfléchies de la lumière, donc la couleur visible, tout en transmettant le reste du rayonnement solaire vers l’intérieur du panneau pour la conversion en énergie.

Un défi : obtenir des couleurs stables

« Nous avons beaucoup de liberté pour produire nos filtres, nous mélangeons des oxydes et pouvons ainsi agir sur les indices de réfraction. Nous travaillons par couches successives, il peut y avoir entre 3 et 13 couches dans un design de filtre. Il faut trouver les compositions et les épaisseurs idéales de ces multicouches pour les longueurs d’onde souhaitées en respectant les contraintes énergétiques », souligne Andreas Schüler, qui mène ce projet depuis le premier jour. Grâce à ce principe de coloration, les panneaux photovoltaïques et thermiques sont transformés en éléments d’architecture à part entière. Les chercheurs ont déposé deux demandes de brevets. Les panneaux solaires colorés sont aujourd’hui produits de manière industrielle au format de 3 m x 6 m avec une épaisseur de 4 mm, puis découpés aux dimensions utiles pour un projet donné. Une autre difficulté a consisté à obtenir des teintes homogènes. « Une déviation de 5 nanomètres suffirait à modifier la couleur. Il a donc fallu acquérir une précision nanométrique à l’échelle du mètre carré », se souvient Andreas Schüler.

Enfin, la taille des machines a constitué un autre souci. « Elles devaient mesurer au moins 100 mètres de long pour l’application des fines couches formant les filtres. Nous avons cherché des partenaires en Europe mais les entreprises ne voulaient pas prendre de risques. Nous avons finalement trouvé Emirates Glass, qui avait l’usine, les machines et l’envie de s’investir dans le projet », raconte Nicolas Jolissaint, ingénieur chez SwissINSO. Les deux entreprises ont donc créé la joint-venture, Emirates Insolaire.

*Après sept années de recherche appliquée et 10 millions d’euros d’investissement en partenariat avec l’EPFL, SwissINSO a poursuivi et financé la mise au point des procédés de fabrication, et breveté la technologie de nano-déposition pour réaliser du verre solaire coloré.