Des scientifiques ont étudié un nouveau matériau réfrigérant à l’état solide qui pourrait réduire notre besoin de gaz HFC polluants.
Aussi utiles que soient les réfrigérateurs et les climatiseurs, les gaz qu’ils utilisent comme réfrigérants peuvent s’échapper dans l’atmosphère et contribuer fortement au changement climatique. Des ingénieurs de Harvard ont présenté un nouveau prototype de dispositif de refroidissement qui utilise un matériau à l’état solide comme réfrigérant.
Les appareils tels que les réfrigérateurs et les climatiseurs tirent leur puissance de refroidissement des cycles de changement de phase d’un matériau. Sous sa forme gazeuse, le réfrigérant, généralement un hydroflurocarbure (HFC), absorbe la chaleur de son environnement, refroidissant ainsi une pièce ou l’intérieur d’un réfrigérateur. Ce gaz passe ensuite dans un compresseur qui le comprime, le transformant en liquide et libérant la chaleur stockée, qui est évacuée à l’extérieur. Une fois la pression retombée, le liquide peut se dilater pour redevenir un gaz et recommencer le cycle. C’est ce qu’on appelle l’effet barocalorique.
Il s’agit d’un processus efficace qui nous a bien servi pendant des décennies, mais ces HFC peuvent s’échapper des appareils pendant leur utilisation, s’ils sont endommagés, et lorsqu’ils sont déplacés ou éliminés. Une fois dans l’atmosphère, ils constituent un facteur de changement climatique bien plus puissant que le CO2, de sorte que la recherche de moyens de réduire ces émissions est un élément clé des plans d’action environnementaux.
Les réfrigérants solides qui peuvent encore subir l’effet barocalorique pourraient contribuer à résoudre le problème. La nouvelle étude a trouvé un matériau prometteur appartenant à une classe appelée perovskites d’halogénure métallique, qui s’impose déjà comme une nouvelle génération de matériaux pour les cellules solaires. Dans ce cas, le matériau peut être utilisé pour le refroidissement de la même manière que ceux qui passent de la phase liquide à la phase gazeuse, sauf qu’il reste solide pour les deux phases.
Le secret de ces solides barocaloriques réside dans leur structure atomique. Normalement, ils sont constitués de longues chaînes flexibles de molécules désordonnées et quelque peu souples, mais sous pression, ils se raidissent pour atteindre un état plus ordonné, ce qui libère de la chaleur. Si la pression est relâchée, elles peuvent à nouveau absorber la chaleur de leur environnement. Bien que les deux états soient solides, l’équipe compare la transition à la fonte partielle de la cire.
Le prototype de l’équipe mis en place pour tester le réfrigérant à l’état solide.
L’équipe a démontré l’idée à l’aide d’un prototype. Le réfrigérant solide est emballé dans un tube métallique, avec un liquide inerte comme l’eau ou l’huile. Un piston hydraulique applique une pression au liquide, qui la transmet à son tour au réfrigérant. Le liquide aide également à transférer la chaleur hors du système.
Le système est prometteur, mais l’équipe indique qu’il reste quelques problèmes à régler. D’abord, les pressions impliquées sont possibles avec l’hydraulique, mais sont un peu trop élevées pour les appareils grand public – environ 2 900 psi (200 bars), par rapport aux 150 psi (10,3) d’une climatisation classique. D’autres matériaux spécifiques pourraient également mieux conduire la chaleur.
D’autres scientifiques ont étudié l’utilisation de cristaux de plastique ou d’alliages à mémoire de forme comme réfrigérants solides potentiels. Si les travaux se poursuivent, cette nouvelle catégorie de matériaux pourrait contribuer à rendre les dispositifs de refroidissement plus respectueux de l’environnement.
