Dans un monde en quête constante de solutions écologiques et efficaces, une avancée remarquable dans le domaine du refroidissement pourrait marquer un tournant. Des chercheurs ont développé un dispositif de refroidissement électrocalorique à l’état solide capable de générer une différence de température de 20 kelvins avec une grande efficacité. Ce système novateur pourrait rivaliser avec les stratégies actuelles de refroidissement solide et offrir une alternative prometteuse aux systèmes de refroidissement par compression de vapeur, qui sont à la fois inefficaces et nocifs pour l’environnement.
Le principe de ce nouveau système de refroidissement repose sur un phénomène appelé refroidissement électrocalorique, où un champ électrique appliqué à un matériau modifie la direction des charges électriques, provoquant une augmentation temporaire de la température, suivie d’une diminution lorsque le champ électrique est retiré.
Cette technologie, mise au point par Junning Li, Emmanuel Defay et leurs collègues de l’Institut luxembourgeois des Sciences et Technologies, utilise des bandes d’un matériau connu sous le nom de tantalate de scandium-plomb. Ces bandes, empilées et immergées dans un fluide thermique (de l’huile de silicone), créent des zones permanentes chaudes et froides d’environ 20 °C de différence, lorsqu’un champ électrique est appliqué ou retiré.
Plus précisément, Li et ses collègues ont développé une pompe à chaleur électrocalorique à double boucle, capable de générer une puissance de refroidissement maximale de 4.2 watts. Ce dispositif atteint 64% de l’efficacité de Carnot, ce qui est supérieur à de nombreux dispositifs de compression de vapeur et de refroidissement calorique. Les détails de leur conception, revue par les pairs, ont été publiés dans Science.
Perspectives et optimisations futures
Ces zones de différence de température peuvent être utilisées comme réservoirs chauds et froids pour faire circuler l’huile à travers des tuyaux afin de refroidir ou chauffer des habitations ou des objets. Bien que l’efficacité théorique de l’appareil soit de 67%, sa conception actuelle atteint une efficacité d’environ 12%. Selon Defay, cette efficacité pourrait être améliorée en trouvant un meilleur conducteur de chaleur que le tantalate de scandium-plomb.
Neil Mathur, de l’Université de Cambridge, a commenté : « Une performance superlative a été réalisée en combinant des éléments connus ». Il souligne l’avantage d’utiliser des bandes minces de matériau électrocalorique pour une meilleure performance de refroidissement. Cependant, il note que la recherche s’est concentrée sur la puissance de refroidissement des bandes de métal elles-mêmes, et non sur la performance de l’ensemble du dispositif.
Impact énergétique et environnemental
Cette innovation, marquant un progrès notable par rapport aux systèmes de refroidissement traditionnels, pourrait réduire considérablement la consommation d’énergie étant donné que les systèmes de refroidissement actuels consomment environ 20% de l’électricité mondiale. Les recherches futures pourraient se concentrer sur l’amélioration de l’efficacité du dispositif et l’exploration de son potentiel d’application à grande échelle.