Monde de la Physique : Réfrigérateur efficace sans liquide de refroidissement

Les réfrigérateurs et les systèmes de climatisation consomment environ un cinquième de l’électricité produite dans le monde – et la tendance est à la hausse. Afin de convertir l’électricité en chaleur – ou en froid – plus efficacement, de meilleurs systèmes sont nécessaires. Les scientifiques ont développé un prototype qui nécessite moins d’électricité que les réfrigérateurs conventionnels pour atteindre les mêmes performances de refroidissement. Comme le rapporte la revue spécialisée « Science », avec un rendement de 64 pour cent, il dépasse les systèmes de refroidissement établis, qui ont un rendement d’au mieux 50 pour cent.

Dans la plupart des systèmes de refroidissement actuels, les gaz sont comprimés en liquides. Cependant, ils dépendent de substances fluorées nocives pour le climat. En revanche, le nouveau système de refroidissement est basé sur des solides – des cristaux spéciaux sont utilisés ici. Si vous appliquez une tension électrique à ce matériau, les composants du cristal s’alignent et celui-ci chauffe. Si la tension est coupée, le matériau refroidit à nouveau. La cause exacte de ce phénomène – appelé effet électrocalorique – n’est toujours pas claire. Il est possible que les composants des cristaux vibrent plus fortement sous tension.

Sur la base de cet effet, le groupe d’Emmanuel Defay du Luxembourg Institute of Science and Technology a développé un prototype. Pour ce faire, ils ont empilé plusieurs couches de tantalate de scandium et de plomb les unes sur les autres, qui se réchauffent dans un champ électrique. Ils ont alternativement créé un champ électrique avec des tensions allant jusqu’à 400 volts, puis l’ont réduit à nouveau. Ils dissipent la chaleur générée dans ce cycle via un liquide à travers la structure de la pile.

Prototype prometteur pour un système de refroidissement alternatif

Ce système de refroidissement atteint une puissance de refroidissement maximale de 4,2 watts, soit suffisamment pour refroidir quelques millilitres d’eau à environ 20 degrés Celsius. La précédente valeur record pour un tel refroidissement électrocalorique datait de 2020 et n’était que de 13 degrés Celsius. Le nouveau refroidisseur pourrait suffire à refroidir des objets plus petits tels que des processeurs dans un ordinateur. Mais il est encore trop petit et pas assez puissant pour des objets plus gros comme des systèmes de climatisation ou des réfrigérateurs.

S’il est possible à l’avenir d’optimiser davantage ce système de refroidissement alternatif grâce à une conception intelligente des couches de cristaux de refroidissement et de réchauffement, de nombreuses applications seront intéressantes. D’une part, des réfrigérateurs et des systèmes de climatisation plus économes en énergie pourraient être développés. D’autre part, des pompes à chaleur plus efficaces et plus silencieuses seraient également envisageables, ce qui permettrait de chauffer des bâtiments avec de l’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables – sans utiliser de liquides de refroidissement nocifs.