Les bâtiments refroidis par la glace pourraient alléger la pression sur le réseau électrique

Des chercheurs de l’Université Texas A&M travaillent à l’amélioration d’un système de « batterie de glace » qui gèle l’eau la nuit pour refroidir les bâtiments pendant la journée.

La glace a fait ses preuves pour rafraîchir les boissons estivales, alors pourquoi ne pas aller plus loin ? Un grand pas en avant, puisque les systèmes de stockage d'énergie thermique, souvent appelés « batteries de glace », bénéficient d'un coup de pouce grâce aux recherches en science des matériaux de l'Université Texas A&M.

Le Dr Patrick Shamberger , professeur agrégé au Département de science et de génie des matériaux, concentre ses recherches sur les matériaux utilisés pour stocker et libérer l'énergie thermique. Dans un article publié dans The Journal of Physical Chemistry , il explore avec ses coauteurs comment améliorer les performances de ces matériaux.

Comment ça marche

Les systèmes de batteries à glace fonctionnent en congelant de l'eau ou d'autres matériaux la nuit, lorsque l'électricité est moins chère et la demande plus faible. Le froid stocké est ensuite utilisé pour refroidir les bâtiments pendant la journée, réduisant ainsi les pics de consommation d'énergie et les coûts. Si le concept n'est pas nouveau, les recherches de Shamberger abordent un défi majeur : comment rendre les matériaux de ces systèmes plus efficaces, plus stables et plus durables.

« La technologie des batteries à glace existe depuis un certain temps », a déclaré Shamberger. « Mais il existe des problèmes liés aux matériaux qui m'intéressent : quel est le bon matériau à la bonne température ? Peut-on le rendre réversible ? Peut-on le faire durer 30 ans ? »

Bien que les systèmes économisent de l’énergie en dépendant moins du réseau électrique pendant la journée, ils consomment toujours de l’électricité la nuit pour geler l’eau ; les systèmes plus grands gèlent environ 250 tonnes de glace chaque nuit.

Le bon mélange

L'équipe de Shamberger développe des hydrates de sel (sel qui contient des molécules d'eau dans le cadre de sa structure cristalline) et d'autres composés qui peuvent stocker et libérer de l'énergie thermique aux températures les plus optimales pour l'environnement.

En adaptant la plage de température de ces matériaux, l’équipe vise à améliorer l’efficacité énergétique et à rendre les systèmes plus compatibles avec les applications de refroidissement et de chauffage, en particulier dans les bâtiments qui utilisent des pompes à chaleur.

« Nous le mettons à une température spécifique afin qu'il soit compatible avec une approche d'intégration de système CVC particulière », a déclaré Shamberger.

L'un des plus grands défis techniques est la « ségrégation de phases ». Dans de nombreux systèmes à base d'hydrates de sel, le matériau se sépare en différentes phases solides et liquides de compositions et de densités variables, ce qui peut dégrader les performances au fil du temps.

L'étude cherche à prévenir cette dégradation en comprenant mieux la thermodynamique de ces matériaux. L'objectif est d'identifier des compositions plus stables et capables de cycles fiables sur plusieurs années.

Un avenir plus frais

L'objectif plus large des recherches de Shamberger est de soutenir un réseau énergétique plus flexible et plus résilient. Avec la généralisation des énergies renouvelables comme le solaire et l'éolien, le réseau est confronté à une variabilité croissante de l'offre et de la demande. Les technologies permettant de déplacer la consommation d'énergie hors des heures de pointe deviennent essentielles.

« Nous ne voulons pas résoudre les problèmes de réseau en construisant davantage de centrales électriques », a déclaré Shamberger. « C'est une solution très coûteuse et cela impliquerait des tarifs globalement plus élevés. »

En stockant le froid lorsque l'électricité est bon marché et en l'utilisant lorsque la demande est forte, les bâtiments peuvent réduire leurs factures d'énergie et contribuer à stabiliser le réseau. Selon Shamberger, le système idéal serait un système s'intégrant parfaitement aux systèmes CVC existants et fonctionnant automatiquement. Des systèmes de batteries à glace sont déjà utilisés, notamment dans l'immeuble Eleven Madison de 30 étages à New York.

https://stories.tamu.edu/news/2025/08/27/ice-cooled-buildings-could-ease-strain-on-power-grid