La lutte contre le froid en hiver et la chaleur en été entraîne les coûts énergétiques les plus élevés de tous les bâtiments d’Espagne. Et les appareils électroménagers comme le réfrigérateur, qui sont connectés à tout moment, sont ceux qui ont le plus grand impact sur la facture d’électricité, tous les mois de l’année. C’est pour cette raison que les scientifiques du monde entier recherchent de nouveaux moyens plus efficaces et moins polluants pour climatiser les bâtiments et améliorer les processus de réfrigération, comme l’invention qui mettra hors service le réfrigérateur, car il n’a pas besoin de lumière et conserve les aliments grâce à l’argile.
L’une des approches les plus prometteuses dans ce domaine est celle qui tire parti de l’effet dit élastocalorique, qui libère ou absorbe de la chaleur en fonction de l’application souhaitée. Une équipe de chercheurs de l’Université de la Sarre et du Centre sarrois de mécatronique et de technologie d’automatisation (ZeMa) à Hanovre (Allemagne) y travaille depuis des années. Le dernier résultat de ses travaux est le prototype d’un petit réfrigérateur qui profite des possibilités de la technologie élastocaloriquejusqu’à 10 fois plus efficace que les méthodes actuelles sans avoir besoin de gaz ou de compresseur.
« Notre procédé élastocalorique nous permet d’atteindre des différences de température d’environ 20 degrés Celsius sans utiliser de réfrigérants nocif pour le climat et d’une manière beaucoup plus économe en énergie que les technologies conventionnelles actuelles », explique le professeur Stefan Seelecte, l’un des dirigeants de l’équipe de recherche. Ce petit réfrigérateur de démonstration, qui ne peut contenir qu’une seule bière, démontre clairement la viabilité et énorme potentiel de cette solution pour refroidir et chauffer de grands espaces.
Effet élastocalorique
Les avancées autour de l’effet élastocalorique ont déjà été identifiées par le ministère américain de l’Énergie et la Commission européenne comme l’alternative la plus prometteuse aux technologies de refroidissement et de chauffage actuellement utilisées. Ses grands avantages sont que C’est beaucoup plus efficace que la réfrigération à compression de vapeurn’utilise ni gaz ni liquides volatils, n’est pas dangereux et, de plus, les pièces et composants nécessaires à son utilisation sont réutilisables et recyclables.
Dans le cas de la solution proposée par les chercheurs de l’Université de la Sarre, la clé réside dans les « muscles artificiels » du prototype, câbles à mémoire de forme en matériau superélastique, le nitinol. Cet alliage spécial de nickel et de titane permet d’absorber la chaleur d’une petite chambre de refroidissement et de la libérer vers l’environnement extérieur.
Le prototype d’un mini-réfrigérateur à côté d’une bière Oliver Dietze Omicrono
Grâce aux propriétés des deux réseaux cristallins qui les composent, les câbles fabriqués avec cet alliage sont capables de « mémoriser » leur forme originale et de la retrouver après étirement. Ce sont les changements entre ses deux phases solides qui rendent l’effet possible.qui dans ce cas sert à refroidir un très petit espace.
« Matériau à mémoire de forme libère de la chaleur lorsqu’il est étiré dans un état superélastique et l’absorbe lorsqu’il est contracté » explique le professeur Paul Motzki, directeur de groupe du Laboratoire des systèmes de matériaux intelligents chez ZeMa. Plus les fils de nitinol sont regroupés, plus la différence de température qu’ils atteignent est grande.
Comment ça marche
Pour construire son mini réfrigérateur, qui vient d’être présenté à la Foire de Hanovre, l’équipe de chercheurs allemands a conçu un entraînement à came chargé de faire tourner en continu le tu fais de fil de nitinol de 200 microns d’épaisseur (équivalent à 0,2 mm) autour d’une chambre de refroidissement circulaire.
« Lorsqu’ils se déplacent en cercle, ils sont mécaniquement chargés d’un côté et déchargés de l’autre », explique Lukas Ehl, l’un des doctorants responsables de l’invention. L’air passe à travers les poutres rotatives successives jusqu’à la chambre de refroidissement, où la chaleur de l’air est absorbée. À mesure qu’ils continuent de tourner, les fils transportent la chaleur hors de la chambre pour la libérer lorsqu’ils sont étirés. Le résultat est une baisse de la température intérieure comprise entre 10 et 12 ºC.
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Le prototype n’est que la première étape vers un système plus efficace, car ils travaillent actuellement à étudier, entre autres choses, à quoi ressemblent les flux d’air, combien de fils ils doivent regrouper ou avec quelle force ils doivent être étirés. atteindre un niveau de refroidissement plus élevé, proche de 20 ºC.
L’autre axe de ses recherches concerne le logiciel capable d’ajuster la technologie à différentes applications, à la fois le refroidissement et le chauffage, ce qui leur permet de simuler différentes conditions et environnements. L’objectif ultime est « d’exploiter le potentiel innovant des élastocaloriques dans un large éventail d’applications, telles que la réfrigération industrielle, le refroidissement des véhicules électriques pour faire progresser la mobilité électrique et également les appareils électroménagers », selon Motzki.
Même si pour l’instant ce mini-réfrigérateur issu de la recherche ne peut refroidir qu’une seule bière, les scientifiques sont convaincus de son potentiel. Dans un avenir pas trop lointain, cette technologie sera capable d’extraire la chaleur d’espaces beaucoup plus grands, et facilitera la création de nouveaux systèmes de climatisation beaucoup plus propres, plus sûrs et plus efficaces que les actuels.