Selon le Service météorologique allemand, le mois de juin 2026 s’est achevé sur une vague de chaleur historique. Alors que de tels événements extrêmes deviennent plus fréquents dans le monde entier, la demande d’énergie pour le rafraîchissement des espaces devrait plus que doubler d’ici 2050.
Le développement rapide de l’intelligence artificielle accroît également les besoins de refroidissement : les centres de données toujours plus puissants génèrent davantage de chaleur perdue et doivent protéger leurs serveurs de manière fiable contre la surchauffe. Le refroidissement devient de plus en plus important, non seulement dans les bâtiments et les centres de données, mais aussi dans l’électronique, la médecine et la logistique. Jusqu’à présent, cette demande a principalement été couverte par des systèmes à compression de vapeur. Bien que mature, cette technologie consomme de grandes quantités d’électricité et peut générer du bruit à cause de ses compresseurs.
Les travaux de la Dr Jingyuan Xu montrent qu’il existe d’autres moyens de refroidir. Cette jeune chercheuse plusieurs fois primée dirige le groupe de recherche « Technologies de chauffage et de refroidissement sans émissions et respectueuses de l’environnement » à l’Institut de technologie des microstructures (IMT) du KIT.
Son expertise nourrit également la présente Review, qu’elle a dirigée en tant qu’auteure responsable. « Le refroidissement calorique offre deux avantages clés : il ne nécessite pas de fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement global et permet de réduire la consommation d’énergie », explique Xu.
Progrès des dispositifs
Les technologies de refroidissement calorique utilisent des matériaux qui s’échauffent sous l’effet de stimuli externes et se refroidissent à nouveau une fois le stimulus supprimé. Des champs magnétiques ou électriques peuvent servir à cet effet, tout comme la pression ou la déformation en traction. Dans un dispositif, cette variation peut être mise à profit pour absorber la chaleur à un endroit et la restituer ailleurs, à la manière d’un réfrigérateur.
Les prototypes actuels montrent le degré de maturité atteint par ce domaine. Certains parviennent désormais à des puissances frigorifiques qui dépassent le stade des simples démonstrations de laboratoire : les systèmes fondés sur les champs magnétiques dépassent trois kilowatts, atteignant une gamme de performances pertinente pour des applications de refroidissement plus vastes. Les prototypes à entraînement mécanique ont franchi le cap du kilowatt. Les dispositifs plus compacts utilisant des champs électriques pourraient convenir à l’électronique ou aux wearables.
Malgré ces progrès majeurs, un écart subsiste entre le matériau et la performance de refroidissement du dispositif fini : les pertes thermiques, la fatigue du matériau et la récupération incomplète du travail au cours du cycle de refroidissement réduisent la performance globale. « Le matériau peut présenter de grandes variations de température en laboratoire », indique la première auteure, la Dr Nun Wang de l’IMT. « Ce qui compte toutefois, c’est l’efficacité avec laquelle cet effet peut être exploité pour refroidir dans un dispositif. »
Feuille de route pour un déploiement pratique
Dans leur étude, les chercheurs montrent ce dont les systèmes caloriques ont encore besoin pour assurer un refroidissement fiable dans l’usage quotidien. La durabilité est particulièrement importante. Les dispositifs doivent rester stables sur de nombreux millions de cycles s’ils doivent refroidir de manière fiable pendant des années. Il est également crucial qu’ils puissent absorber et restituer la chaleur rapidement et qu’ils nécessitent le moins d’énergie possible pour le cycle de refroidissement.
À court terme, les systèmes caloriques ne remplaceront pas les systèmes de refroidissement établis de manière généralisée. « Dans un premier temps, ils présenteront un intérêt là où le refroidissement conventionnel atteint ses limites pratiques », explique Xu. « Cela peut être le cas lorsque des dispositifs doivent fonctionner de manière très silencieuse ou lorsque les fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement global doivent être évités. » Des tests normalisés et des démonstrateurs orientés application montreront quels systèmes conviennent à ces usages.
Article : Caloric cooling devices and systems – Journal : Nature Energy – DOI : Lien vers l’étude
Source : KIT
