Des équipes allemandes et japonaises développent un système de réfrigération à l'état solide alimenté par la chaleur résiduelle, réalisant un écart de température de 4 °C

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) en Allemagne et de l'Université de Tsukuba au Japon a présenté un prototype de système de réfrigération à l'état solide entraîné par la chaleur, et non par l'électricité. Ce système utilise des films en alliage à mémoire de forme pour convertir l'énergie thermique en travail mécanique, puis en froid mesurable, offrant une nouvelle voie pour la réfrigération à partir de chaleur résiduelle et d'énergie solaire. Les résultats ont été publiés dans la revue *Nature Energy*.

Les réfrigérateurs, les climatiseurs et les centres de données dépendent de compresseurs électriques pour transporter la chaleur transportée par le réfrigérant d'une extrémité à l'autre, un principe de fonctionnement de base utilisé depuis plus de cent ans. Parallèlement, la réfrigération et le chauffage représentent ensemble près de la moitié de la consommation énergétique mondiale, et de nombreux réfrigérants courants aggravent eux-mêmes le réchauffement climatique. La réfrigération à l'état solide élastocalorique est considérée comme une alternative prometteuse : les alliages à mémoire de forme se refroidissent après la libération d'une charge mécanique préalablement appliquée. Cependant, les systèmes élastocaloriques précédents nécessitaient encore des actionneurs électriques pour générer la force requise, et ne pouvaient donc pas exploiter directement les sources de chaleur abondantes telles que la chaleur résiduelle et l'énergie solaire.

L'équipe de recherche a combiné deux couches de films ultraminces en nickel-titane aux fonctions complémentaires. La première couche utilise l'effet de mémoire de forme : elle se contracte lorsqu'elle est chauffée, convertissant directement l'énergie thermique en travail mécanique, sans moteur électrique ; ce mouvement est ensuite transmis à la seconde couche, qui, par l'application et la libération cycliques de la charge, provoque une transformation réversible de la structure cristalline, générant ainsi du froid. La chaleur remplace ainsi l'actionneur électrique qui entraînait auparavant les systèmes élastocaloriques.

Le Dr Jingyuan Xu, responsable de l'équipe de jeunes chercheurs du laboratoire thermique ZEco de l'Institut de Technologie de Microstructure (IMT) du KIT, explique que l'innovation clé réside dans la combinaison de deux fonctions complémentaires des alliages à mémoire de forme : un film convertit la chaleur en travail mécanique, et l'autre convertit ce travail en froid. Cette approche établit une nouvelle méthode pour piloter la réfrigération à l'état solide, ouvrant de nouvelles possibilités pour l'utilisation de la chaleur résiduelle et de l'énergie solaire.

Avec une température d'actionneur de 86 °C, le prototype a réalisé un écart de température de 4 °C au niveau des composants, et la variation de température du réfrigérant élastocalorique a approché 13 °C, ce qui a permis à l'équipe de recherche de valider expérimentalement pour la première fois la faisabilité de ce concept. Le dispositif peut également fonctionner de manière stable avec une source de chaleur externe à 130 °C, démontrant que le système peut fonctionner avec des sources de chaleur réelles. Yi-Ting Hsiau, doctorant à l'IMT et premier auteur de l'article, a indiqué que le moment décisif a été la mesure du froid réellement généré par le système entraîné par la chaleur, prouvant que ce principe ne repose pas seulement sur la théorie.

Le dispositif actuel a été conçu selon les objectifs d'une étude de faisabilité et n'a pas encore été optimisé pour une capacité de refroidissement maximale. L'équipe de recherche travaille à la mise en parallèle de plusieurs couches de films afin d'améliorer la capacité de refroidissement. Les applications potentielles couvrent plusieurs directions, notamment le refroidissement des puces informatiques en utilisant la chaleur résiduelle du processeur lui-même, ainsi que le refroidissement des composants électroniques sensibles embarqués grâce à la chaleur du groupe motopropulseur. Cette recherche a été menée en collaboration avec l'Université de Tsukuba au Japon. L'équipe de recherche estime que ce n'est que le début : en développant cette technologie, il est possible de créer des systèmes de réfrigération compacts utilisant des sources de chaleur largement disponibles pour une réfrigération durable.