Des chercheurs de l’EPFL ont mis au point un verre très  efficace sur le plan énergétique qui laisse passer les ondes de téléphonie mobile. Les chemins de fer bernois (BLS) en équiperont bientôt une partie de leurs rames pour en améliorer l’efficacité énergétique.

Dans un train moderne, le voyageur se trouve dans une cage de Faraday qui ne laisse pas passer les ondes. Le vitrage des fenêtres est recouvert d’une couche métallique ultra fine destinée à l’isolation thermique.

Des chercheurs de l’EPFL, en collaboration avec des partenaires industriels suisses ont mis au point un vitrage qui garantit un bon confort thermique tout en laissant la voie libre aux ondes de téléphonie mobile.

Pour le transport ferroviaire, la question énergétique est primordiale : environ un tiers de l’énergie consommée par un train provient du chauffage et de la climatisation et près de 3 % de l’énergie sont perdus par le vitrage. Des fenêtres composées d’un double vitrage recouvert d’une couche métallique ultra mince, multiplient par quatre  l’efficacité énergétique par rapport à une simple vitre non traitée. Mais cette couche métallique atténue fortement les ondes de télécommunication

Jusqu’à présent les opérateurs de téléphonie mobile et les exploitants ferroviaires installent des amplificateurs de signaux– ou répéteurs–dans les véhicules. La solution est onéreuse à l’installation comme à la maintenance et nécessite des remplacements réguliers dus à l’évolution rapide des technologies. Chaque répéteur consomme plus d’électricité.

Andreas Schüler, du Groupe de nanotechnologie pour la conversion d’énergie solaire de l’EPFL a eu l’idée d’une couche métallique qui réfléchit les ondes de chaleur (de taille micrométrique) mais laisse passer la lumière visible (de taille nanométrique) et les ondes électromagnétiques des portables (micro-­‐ondes, de taille centimétrique).

Comment? « On perce la cage de Faraday en modification de la couche métallique par un traitement laser spécifique. Ainsi, le vitrage peut laisser passer les ondes» explique le spécialiste des propriétés optiques et électroniques des couches ultra fines. L’ablation totale de la matière par laser  ne dépasse pas 2,5% de la surface de la couche métallique. Les bonnes propriétés thermiques sont conservées et la modification est quasi invisible à l’œil nu.

Des tests très convaincants

Les premiers tests en laboratoire ont été convaincants. L’équipe réunit des partenaires industriels pour appliquer sa recette à grande échelle. Le verrier AGC Verres Industriels et à l’expertise de Class4Laser ont permis de mettre au  point des verres prototypes sont fabriqués et testés «Les mesures réalisées par les spécialistes de la SUPSI (Haute école professionnelle de Suisse italienne) ont prouvé que ça marche», se réjouit Andreas Schüler.

Conditions réelles

Dans le cadre d ’études en vue d’une rénovation énergétique de ses trains, le transporteur bernois BLS se montre enthousiaste pour tester les nouveaux vitrages. Les premières fenêtres en taille réelle sont fabriquées dans les ateliers d’AGC Verres Industriels pour équiper intégralement les trois voitures d’une rame automotrice régionale de type NINA. Les résultats sur le terrain ne trahissent pas les attentes des partenaires. Dans les ateliers du BLS comme sur la ligne Berne-‐Thoune, Swisscom et la SUPSI ont testé l’efficacité des nouveaux vitrages.

“La réception mobile est aussi bonne dans le train avec les verres isolants traités au laser qu’à travers un vitrage ordinaire», se félicite Andreas Schüler. Par conséquent, le BLS a  décidé d’installer les nouveaux vitrages sur la majorité de ses 36 rames automotrices régionales de type NINA pour remplacer les anciens dépourvus d’isolation thermique. Ceux-­ci seront montés dès septembre 2016 dans le cadre du programme de modernisation en cours sur ces véhicules. «Pour le BLS cet engagement  contribue à la mise sur le marché d’un produit innovant, tout en améliorant l’efficacité énergétique des véhicules sans pour autant compromettre la réception mobile des passagers » déclare Quentin Sauvagnat, responsable de la flotte NINA

.Grâce à ce produit, le recours à des coûteux répéteurs de signaux n’est pas nécessaire. Demain, des bâtiments sélectifs au passage des ondes. Demain, la technologie développée et validée pourrait être appliquée au bâtiment. Car «certains bâtiments en verre agissent aussi comme des cages de Faraday”, rappelle le chercheur. En outre, avec la multiplication des objets connectés, il est très intéressant d’améliorer les propriétés de passage des signaux mobiles des matériaux présents dans les bâtiments. Plus largement, en améliorant la sélectivité des matériaux au passage des ondes, on pourrait par exemple imaginer une structure qui laisse passer les ondes électromagnétiques, mais retient celles du WiFi, augmentant ainsi la sécurité à l’intérieur d’une entreprise.

Le Groupe de nanotechnologie pour la conversion d’

énergie solaire fait partie du  Laboratoire  d’énergie solaire et physique du bâtiment LESO PB de l’EPFL. Outre Andreas Schüler, Olivia

Bouvard et Luc Burnieront collaboré aux recherches Ce projet a été soutenu et financé par l’Office Fédéral des Transports.