Une équipe interdisciplinaire de l'Université Rice a développé un nouvel élément chauffant électrique : des fils et des tissus en fibres de nanotubes de carbone capables de fournir une puissance de chauffage par unité de masse plus élevée dans des gaz en écoulement. Cette étude sur le projet de chauffage a été publiée dans la revue « Small ». Monisha Vijay Kumar, doctorante en physique appliquée et première auteure de l'étude, a déclaré : « L'électrification du chauffage industriel est l'un des aspects les plus importants et les plus difficiles de la décarbonation. Nous voulions comprendre si une classe de matériaux complètement différente pouvait étendre les possibilités du chauffage au gaz. »

Les installations industrielles nécessitent souvent de chauffer des gaz pour des processus tels que la production de produits chimiques, le séchage ou les traitements thermiques, ce qui est actuellement réalisé principalement par combustion de combustibles. Le chauffage par immersion, où l'élément chauffant est placé directement dans le flux de gaz, peut améliorer l'efficacité, mais il impose des exigences matérielles strictes. L'étude sur ce projet de chauffage a révélé que les fibres de nanotubes de carbone combinent une résistivité adaptée au chauffage par effet Joule, un rapport résistance/poids exceptionnel et une conductivité thermique élevée, surpassant ainsi les performances des chauffages traditionnels en alliages métalliques. Le professeur adjoint de génie mécanique, Daniel J. Preston, a souligné : « Lorsque le chauffage est directement immergé dans un flux de gaz, la géométrie, la stabilité et les performances sont étroitement couplées. »

L'équipe de recherche n'a pas adapté les fibres de nanotubes de carbone à des conceptions existantes, mais a plutôt construit entièrement divers dispositifs tels que des monofilaments, des réseaux parallèles et des tissus de type textile. Dans de multiples configurations, les chauffages en fibres de nanotubes de carbone ont systématiquement présenté une charge de puissance spécifique plus élevée que les éléments métalliques comparables. Les avantages des matériaux à base de carbone sont particulièrement marqués dans des environnements non oxydants. Le professeur adjoint de génie mécanique, Geoff Wehmeyer, a expliqué : « Leur conductivité thermique élevée aide à disperser la chaleur et à supprimer les points chauds locaux, une cause fréquente de défaillance des chauffages. » Le projet de chauffage s'est également inspiré des procédés textiles, en tissant et en tricotant les fils de fibres en structures légères à surface spécifique élevée. Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation, le Département de l'Énergie des États-Unis, Shell, entre autres, et a été menée en collaboration avec DexMat, une entreprise qui a déjà commercialisé la production de fibres de nanotubes de carbone.

Détails de la publication : Auteurs : Monisha Vijay Kumar et al., Titre : « High Specific Power Loading of Carbon Nanotube Fiber Devices for Gas Heating », Publié dans : Small (2026). Informations sur la revue : « Small »