Refroidissement durable : percée en matière de refroidissement électrocalorique

Researchers at Luxembourg Institute of Science and Technology have pioneered the electrocaloric cooling effect.


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Ouvrir la voie à un refroidissement durable grâce à une percée en matière de refroidissement électrocalorique.

Alors que les vagues de chaleur s’intensifient à travers le monde, la demande en climatisation et en réfrigération monte en flèche. La demande croissante de refroidissement met à rude épreuve les infrastructures énergétiques et augmente les émissions des systèmes de compression de vapeur. Ces réfrigérateurs et climatiseurs conventionnels dépendent des gaz à effet de serre et de compresseurs mécaniques inefficaces qui ont atteint leurs limites d'efficacité. Avec peu de marge d’amélioration, la technologie de compression de vapeur ne peut pas répondre durablement au doublement des demandes de refroidissement. Les scientifiques recherchent de toute urgence des innovations respectueuses du climat avant que le monde ne surchauffe.

Dans le cadre d'une découverte révolutionnaire, des chercheurs de l'Institut luxembourgeois des sciences et technologies (LIST) mettent au point une approche de refroidissement radicalement différente exploitant le effet de refroidissement électrocalorique. Ce phénomène décrit des matériaux céramiques particuliers qui chauffent ou refroidissent lorsque les champs électriques s'activent et s'éteignent. En exploitant intelligemment ce commutateur de conductivité, l’équipe du LIST a conçu un ensemble capable de pomper de la chaleur sans compresseurs bruyants et énergivores.

Le refroidissement électrocalorique est un phénomène fascinant dans lequel certains matériaux subissent un changement de température réversible lorsqu'un champ électrique est appliqué. En termes plus simples, vous pouvez utiliser directement l’électricité pour manipuler leur température, créant ainsi un effet de refroidissement. Cela ouvre des possibilités passionnantes pour les technologies de refroidissement économes en énergie et respectueuses de l’environnement.

Voir aussi : Le nouveau système de refroidissement passif du MIT fonctionne sans électricité.

Le système régénératif développé par le LIST alterne des couches de condensateurs électrocaloriques avec un liquide de refroidissement. La commutation d'un champ électrique extrait la chaleur du fluide vers les condensateurs, refroidissant ainsi le système. La tension de coupe dissipe alors la chaleur, de sorte que le cycle se répète. Le va-et-vient fluide entre le chaud et le froid remplace les pièces mécaniques nécessitant beaucoup d’entretien par une fiabilité à semi-conducteurs. Les scientifiques calculent que l'efficacité du refroidissement électrocalorique dépasse la réfrigération à compression de vapeur en mélangeant directement la chaleur au lieu de gaspiller des efforts pour comprimer les réfrigérants.

Étant donné que les fluides se stratifient naturellement en fonction de la température, aucun apport d’énergie supplémentaire n’est requis pour faire alterner le chaud et le froid. Le générateur de refroidissement électrocalorique passif minimise la demande d'électricité en exploitant la thermodynamique plutôt qu'en luttant contre elle. Avec des économies d'énergie révolutionnaires par rapport aux conceptions de réfrigérateurs traditionnelles, cette technologie de refroidissement électrocalorique ouvre la voie à un refroidissement véritablement durable.

En quête d'intégration dans le monde réel, les chercheurs du LIST collaborent avec des partenaires fabricants pour développer des prototypes. La découverte originale comportait une seule pièce électrocalorique, qui limitait la vitesse de transfert de chaleur. L'ensemble régénérateur actuel a surmonté ce problème en entrelaçant de nombreux condensateurs avec des canaux de liquide de refroidissement parallèles. Cela augmente la capacité de pompage de chaleur pour des performances puissantes et réelles. Les améliorations en cours visent également à réduire les coûts et à prolonger la durée de vie opérationnelle afin de permettre une commercialisation à grande échelle.

Même si l'objectif immédiat se concentre sur la réfrigération respectueuse de l'environnement, les applications ne s'arrêteront probablement pas là. Tout processus générant de la chaleur indésirable pourrait bénéficier de la technologie de refroidissement électrocalorique. Les climatiseurs, le refroidissement des appareils électroniques, les processus industriels et même le stockage de l’énergie solaire représentent des opportunités potentielles. Étant donné que les systèmes de refroidissement électrocaloriques prospèrent lorsqu'ils sont miniaturisés, le refroidissement au niveau des micropuces offre également des possibilités de percées informatiques.

Par exemple, des films de refroidissement électrocaloriques pourraient fournir un refroidissement sur puce pour les processeurs informatiques hautes performances, permettant ainsi des vitesses de calcul plus rapides. Les systèmes de refroidissement électrocaloriques peuvent également être utilisés pour condenser la vapeur d'eau dans les applications de climatisation et de déshumidification. Cela pourrait permettre d’utiliser des réfrigérants respectueux de l’environnement comme l’eau au lieu des HFC dans le CVC à compression de vapeur.

De plus, la flexibilité du refroidissement électrique se prête bien à l’intégration des énergies renouvelables et à l’équilibrage de charge du réseau intelligent. Les pompes à chaleur électrocaloriques alimentées par l'électricité éolienne ou solaire pendant les périodes de production excédentaire pourraient stocker de l'énergie thermique pour une distribution ultérieure tout en synchronisant l'offre et la demande sur le réseau. Grâce aux innovations en matière de matériaux et de configuration des systèmes, les technologies de refroidissement électrocalorique s'avèrent prometteuses pour révolutionner la gestion thermique dans de nombreux secteurs.

Malgré d’énormes promesses, des questions restent sans réponse concernant la fabrication à grande échelle et la durabilité. Cependant, les premières indications suggèrent que la conception simple à semi-conducteurs du régénérateur se révélera fiable sur de longues périodes. En évitant les composants mécaniques complexes, l’approche s’oriente naturellement vers la durabilité. La demande de refroidissement ne fera qu'augmenter à mesure que le changement climatique se poursuit, mais des solutions créatives telles que l'offre de régénérateur de refroidissement électrocalorique du LIST espèrent que nous pourrons innover vers un avenir plus frais.

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