Refroidissement efficace sur le plan énergétique grâce au vent ionique

Grâce à un amplificateur de flux d’air d’un nouveau genre pour le vent ionique, de tout nouveaux champs d’application s’ouvrent à la jeune entreprise « Ionic Wind Technologies ». Cette technologie brevetée devrait à l’avenir être utilisée principalement pour refroidir les centres de données et l’électronique de pointe. La spin-off de l’Empa a déjà été récompensée à plusieurs reprises.

Les centres de calcul consomment des quantités énormes d’énergie – dont environ 40% pour le seul refroidissement des microprocesseurs. De nouvelles méthodes de refroidissement par vent ionique pourraient réduire drastiquement la consommation d’énergie. Celles-ci utilisent des champs électrostatiques pour convertir directement et de manière énergétiquement efficace le courant électrique en un flux d’air. Les faibles vitesses du flux d’air généré empêchaient jusqu’à présent une utilisation à grande échelle. Le spin-off de l’Empa « Ionic Wind Technologies » a maintenant réussi une percée : Leur amplificateur de flux d’air accélère – grâce à de nouvelles électrodes combinées à une forme de boîtier optimisée du point de vue de la technique des flux – le vent ionique beaucoup plus fortement que ce qui était le cas jusqu’à présent. Si, par exemple, les ventilateurs traditionnels des centres de données étaient remplacés par leur technologie brevetée, il serait possible d’économiser jusqu’à 60% de l’énergie de refroidissement.

Amplificateur breveté

« Nous accélérons directement l’air en le chargeant électriquement. Comme le courant électrique est ainsi directement transformé en flux d’air, les étapes intermédiaires bruyantes et énergivores via un moteur, un rotor ou des pales de ventilateur sont supprimées », explique le fondateur de la spin-off Donato Rubinetti à propos du principe de base du vent ionique. Celui-ci a déjà été utilisé avec succès dans un procédé de séchage non thermique des fruits développé à l’Empa. Dans le cadre d’un projet Innosuisse, la technologie a été perfectionnée de sorte que le flux d’air a pu être plus que triplé.

Le cœur de l’amplificateur de flux d’air breveté pour le vent ionique est constitué d’« électrodes à aiguille ». Celles-ci génèrent un vent ionique beaucoup plus efficace que les fils utilisés jusqu’à présent. Mais ce n’est pas tout : les pointes d’aiguille sont intégrées dans un boîtier qui utilise l’effet Coandă. Ce principe fluidique est également utilisé pour les ailes d’avion ou les ventilateurs Dyson – il exploite les différences de pression locales pour multiplier le volume des flux d’air. « Combinées, ces deux innovations représentent un pas de géant et fusionnent pour former ce que l’on appelle le « Ionic Wind Amplifier », qui ouvre des champs d’application entièrement nouveaux avec des performances nettement supérieures », précise Donato Rubinetti.

Poussé à l’extrême

Jusqu’à présent, seuls des produits standard non modifiés, comme des clous de construction, étaient utilisés comme électrodes à aiguille pour le vent ionique. « Nos pointes d’aiguilles fabriquées sur mesure permettent d’atteindre des vitesses de flux d’air jusqu’à deux fois plus élevées que les électrodes traditionnelles, et ce même avec moins d’énergie », ajoute Donato Rubinetti. « Une pointe n’est pas pointue à l’infini, mais dispose tout de même d’un arrondi à la fin. Celle-ci joue un rôle extrêmement important dans la performance des électrodes-aiguilles ».

Au début, l’amplificateur de flux d’air a été simulé avec des fils. Mais en laboratoire, ceux-ci réagissaient différemment de ce qui avait été calculé par l’ordinateur, si bien que l’équipe de Rubinetti est passée à des pointes d’aiguille.

Une solution parfaite et inattendue pour la spin-off de l’Empa : en effet, ce type d’électrodes ne génère pas seulement une très forte asymétrie dans le champ électrostatique, ce qui permet de diriger le flux d’air et donc de l’amplifier ; les pointes peuvent en outre être logées dans des boîtiers beaucoup plus compacts que les fils.

« A partir de ce moment, il ne s’agissait plus que d’optimiser systématiquement les pointes », se souvient le fondateur de la spin-off. La fabrication sur mesure des pointes d’aiguilles était toutefois loin d’être simple. Il a été conseillé et soutenu par les spécialistes d’atelier de l’Empa à Saint-Gall, qui ont également fabriqué les pointes en tungstène pour les expériences, et ont proposé des moyens de réduire les coûts.

« Pour nous, en tant que start-up, il est important que nous puissions à l’avenir fabriquer en grande quantité et à moindre coût des pointes aux propriétés identiques », commente Donato Rubinetti.

La technologie du spin-off de l’Empa « Ionic Wind Technologies » a tellement évolué que le vent ionique ne sera à l’avenir plus uniquement utilisé pour sécher des fruits, mais pour refroidir des centres de données. Le fondateur de la spin-off Donato Rubinetti travaille sur la technologie du vent ionique, qui convient aux secteurs dépendant des systèmes de refroidissement, des processus de séchage et de la purification de l’air. Image : Empa

Économies d’énergie de plus de 50%

Selon Donato Rubinetti, la technologie développée convient aux industries qui dépendent de systèmes de refroidissement, de processus de séchage et de purification de l’air. « Je vois le potentiel partout où l’air doit être déplacé avec une faible différence de pression. Mais à l’avenir, surtout dans le refroidissement des ordinateurs, des serveurs ou des centres de données ».

Le « Ionic Wind Amplifier » breveté n’a pas à rougir de la comparaison avec les appareils traditionnels – au contraire : il permet de déplacer les flux d’air jusqu’à 60% plus efficacement. Et selon l’application, il est possible d’économiser encore bien plus d’énergie : Dans le cas du séchage des aliments notamment, il y a un gain d’efficacité supplémentaire au niveau du processus, car les éléments de chauffage sont supprimés.

Pour la meilleure idée commerciale, « Ionic Wind Technologies » a déjà reçu le prix « Startfeld Rohdiamanten » de la Banque cantonale de Saint-Gall. De plus, la promotion privée des spin-offs « Venture Kick » ainsi que la fondation Gerbert Rüf dans le cadre du programme InnoBooster soutiennent financièrement la spin-off de l’Empa afin d’amener le produit à maturité sur le marché.

« Nous produisons nous-mêmes les amplificateurs de flux d’air et souhaitons vendre des composants à l’avenir. Mais comme nous disposons de brevets et d’autres idées, un modèle de licence pourrait aussi être envisageable à l’avenir », conclut Donato Rubinetti, qui est en outre actuellement soutenu par le Fonds national suisse (FNS) en tant que “BRIDGE Fellow” et qui poursuit son idée à l’Empa. « Ce ne sera pas facile, mais nous résolvons des problèmes importants, cela nous motive à persévérer ».

Légende illustration : L’amplificateur de flux d’air breveté de la spin-off de l’Empa « Ionic Wind Technologies » accélère le vent ionique beaucoup plus fortement qu’auparavant. Crédit : Empa

Source : EMPA