Le prototype de KIT transforme une surface en source d'électricité, de chaleur et de froid

Lors d'essais en extérieur, une surface transparente de l'Institut de technologie de Karlsruhe a rempli trois fonctions à la fois : elle a produit de l'électricité, généré de la chaleur et s'est refroidie elle-même. Le prototype a atteint 6,5 °C sous la température ambiante, fourni une densité de puissance électrique de 60,6 W/m² et produit des températures allant jusqu'à 110,8 °C pour des applications de chauffage.

Le dispositif combine l'énergie solaire avec le refroidissement radiatif passif en journée, ou PDRC — une méthode qui permet d'évacuer la chaleur en émettant un rayonnement infrarouge vers l'espace sans consommer d'énergie. Sa couche de refroidissement transparente est constituée d'une plaque de silice recouverte de polydiméthylsiloxane, un polymère silicone. La lumière solaire la traverse, tandis que la chaleur s'échappe par la « fenêtre atmosphérique », une plage de longueurs d'onde dans laquelle l'atmosphère terrestre est particulièrement transparente au rayonnement thermique.

Sous cette couche, une lentille de Fresnel concentre la lumière solaire transmise sur un capteur photovoltaïque-thermique beaucoup plus petit. Ce capteur produit de l'électricité et de la chaleur. Cette configuration répond au conflit central du système : le capteur solaire doit devenir suffisamment chaud pour récupérer l'énergie, tandis que le refroidisseur radiatif doit rester froid. Le fait de séparer physiquement les deux composants permet au prototype de faire les deux.

Les travaux ont été dirigés par l'équipe du Dr Gan Huang à l'Institut de technologie des microstructures de KIT, avec le chercheur doctorant Iván Alberto Cruz García comme premier auteur et la collaboration de Shanhui Fan, professeur à l'université Stanford. Ils s'appuient sur des recherches menées par KIT en 2024, qui avaient produit un matériau transparent capable de refroidir les bâtiments tout en transmettant la lumière du jour. L'étude, intitulée « Co-harvesting universe coldness and solar energy for tri-generation of cooling, electricity, and heating », a été publiée dans Cell Reports Physical Science (2026), DOI : 10.1016/j.xcrp.2026.103492.

Qu'est-ce que cela change en pratique ? Un toit ou une façade pourrait à terme fournir plusieurs services énergétiques sans réserver des surfaces distinctes aux panneaux, aux capteurs thermiques et aux équipements de refroidissement. Le concept pourrait intéresser des sites très énergivores comme les centres de données dédiés à l'IA, qui ont simultanément besoin d'importantes quantités d'électricité et de refroidissement. Il s'agit d'applications envisagées, et non d'usages démontrés par le prototype. Pour l'instant, il ne s'agit toutefois que d'un prototype : KIT indique que les prochaines étapes consistent à améliorer la conception optique, la gestion thermique et les cellules solaires.