Imaginez un monde où vos réfrigérateurs et climatiseurs ne contribuent plus au réchauffement climatique. Cette vision pourrait bientôt devenir réalité grâce à une découverte révolutionnaire réalisée par des chercheurs de Hong Kong. Leur innovation en matière de réfrigération écologique promet de transformer radicalement les industries dépendantes du refroidissement et de réduire considérablement la consommation énergétique mondiale.
La réfrigération traditionnelle, omniprésente dans notre quotidien, repose sur des gaz réfrigérants à fort potentiel de réchauffement global. Ces systèmes, bien qu’efficaces, contribuent significativement aux émissions de gaz à effet de serre. Selon les estimations de l’industrie, le refroidissement et le chauffage pourraient devenir la deuxième source mondiale de demande d’électricité d’ici 2050, représentant déjà 20% de la consommation électrique mondiale.
Face à ce constat alarmant, les chercheurs de l’Université de Science et de Technologie (HKUST) ont relevé le défi en développant une technologie de refroidissement révolutionnaire : la réfrigération élastocalorique.
La réfrigération élastocalorique : une alternative prometteuse
Cette technologie innovante repose sur l’utilisation d’alliages à mémoire de forme (AMF), des matériaux capables de changer de phase sous l’effet d’une contrainte mécanique. Contrairement aux systèmes traditionnels, cette méthode n’utilise aucun gaz à effet de serre et les matériaux sont 100% recyclables.
Le professeur SUN Qingping, l’un des chercheurs principaux, a donné une explication : «La réfrigération élastocalorique offre une solution de refroidissement verte et économe en énergie pour répondre à l’immense marché mondial de la réfrigération, abordant ainsi l’urgente tâche de décarbonation et d’atténuation du réchauffement climatique.»
L’équipe de recherche a réussi à surmonter l’un des principaux obstacles à la commercialisation de cette technologie : la faible différence de température entre la source froide et la source chaude, appelée «température lift». Jusqu’à présent, cette différence était limitée à 20-50 K, ce qui restreignait les applications pratiques.
La solution ? Un dispositif de refroidissement élastocalorique en cascade multi-matériaux, utilisant des alliages de nickel-titane (NiTi) avec différentes températures de transition de phase. Cette approche ingénieuse a permis d’atteindre une température lift record de 75 K, pulvérisant le précédent record mondial de 50,6 K.
Comment fonctionne ce système révolutionnaire ?
Le dispositif utilise trois alliages NiTi différents, chacun optimisé pour fonctionner à une température spécifique : froide, intermédiaire et chaude. Cette configuration en cascade permet d’élargir la plage de température de fonctionnement à plus de 100 K, tout en maintenant chaque unité dans sa plage de température optimale. Le résultat ? Une efficacité de refroidissement améliorée de plus de 48% par rapport aux systèmes précédents.
Le Dr ZHOU Guoan, premier auteur de l’étude, a quant à lui souligné : «Cette avancée ouvre la voie à une commercialisation accélérée de cette technologie disruptive, offrant une alternative écologique aux systèmes de refroidissement traditionnels.»
Fort de ce succès, l’équipe de recherche ne compte pas s’arrêter là. Leurs prochains objectifs incluent le développement d’alliages à mémoire de forme haute performance pour des applications de refroidissement élastocalorique sous zéro et de pompes à chaleur haute température. L’optimisation des propriétés des matériaux et le développement de systèmes de réfrigération à haute efficacité énergétique sont également à l’ordre du jour.
Cette innovation pourrait révolutionner de nombreux secteurs, de la réfrigération domestique à la climatisation industrielle, en passant par le refroidissement des centres de données. À terme, elle pourrait contribuer significativement à la réduction de notre empreinte carbone collective.
Légende illustration : SUN Qingping (premier rang, quatrième gauche), YAO Shuhuai (premier rang, troisième gauche), tous deux professeurs au département d’ingénierie mécanique et aérospatiale (MAE), ZHOU Guoan, chercheur postdoctoral associé au MAE (premier rang, deuxième gauche), LI Zexi, étudiant en doctorat au MAE (premier rang, première gauche), et d’autres membres de l’équipe de recherche avec leur climatiseur élastocalorique. Crédit : HKUST
Article : « multi-material cascade elastocaloric cooling device for large temperature lift » – DOI : 10.1038/s41560-024-01537-3
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