Outre les fonctionnalités superflues comme les écrans tactiles et les caméras internes, la technologie de base des réfrigérateurs n’a pas beaucoup changé depuis des décennies. Ils refroidissent encore votre lait au moyen de réfrigérants chimiques et de compresseurs, et sont des sources notoires dépenses sur votre facture d’électricité. Aujourd’hui, les chercheurs européens ont montré des résultats prometteurs avec un système de refroidissement expérimental utilisant des champs magnétiques et des alliages à mémoire de changement de forme.

Les systèmes de refroidissement magnétiques fonctionnent en exploitant l’effet magnéto-calorique – ce qui signifie essentiellement que certains matériaux vont changer de température lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique. La technologie existe depuis presque aussi longtemps que les réfrigérateurs classiques, mais elle n’a jamais vraiment décollé car la complexité des appareils peut nuire à l’efficacité énergétique. Le problème réside souvent dans les aimants supraconducteurs utilisés, qui nécessitent leur propre système de refroidissement.

Pour contourner ce problème, des chercheurs de l’Université technique de Darmstadt et du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en Allemagne ont utilisé une combinaison unique d’aimants et d’alliages spéciaux. Les aimants contiennent le néodyme, un métal des terres rares, ainsi que du fer et du bore. L’alliage est un mélange de nickel, manganèse et indium.

Cette combinaison est essentielle pour rendre le système pratique. Ces aimants sont les aimants permanents les plus puissants actuellement connus, capables de générer des champs magnétiques 40 000 fois plus puissants que ceux de la Terre. Cet alliage particulier, quant à lui, se refroidira lorsqu’il sera exposé à un champ magnétique et pourra en outre retrouver sa forme initiale après avoir été déformé.

Un diagramme montrant le fonctionnement du nouveau système

En utilisant cette combinaison, les chercheurs du projet ont développé un cycle de réfrigération en six étapes. Tout d’abord, l’élément de refroidissement (l’alliage) est exposé au champ magnétique – une milliseconde seulement suffit pour qu’il devienne magnétisé et refroidisse. Ensuite, l’alliage est retiré du champ magnétique et un dissipateur thermique refroidit tout ce qui est nécessaire. À mesure que l’alliage se réchauffe, il restera magnétisé. Ensuite, l’alliage est comprimé par un rouleau, ce qui lui permet de changer de forme pour devenir plus dense, perdre son magnétisme et se réchauffer. Lorsque le rouleau est retiré, l’alliage reprend sa forme initiale lorsqu’il revient à sa température normale, prêt à reprendre le cycle.

Le projet consistait principalement en une étude de faisabilité pour démontrer comment les alliages à mémoire de forme peuvent aider à réduire la quantité d’aimants permanents nécessaires dans ce type de configuration. Selon l’équipe, ces aimants sont la partie la plus coûteuse.

« Nous avons pu montrer que les alliages à mémoire de forme sont parfaitement adaptés aux cycles de refroidissement », explique Oliver Gutfleisch, auteur de l’étude. « Nous avons besoin de beaucoup moins d’aimants au néodyme, mais nous pouvons néanmoins générer des champs plus forts et un effet de refroidissement d’autant plus important. »

L’équipe prévoit de construire une unité de démonstration d’ici 2022 pour mieux comprendre comment le système peut refroidir les choses, ainsi que son efficacité énergétique.

https://www.tu-darmstadt.de/vorbeischauen/aktuell/einzelansicht_211712.de.jsp

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0166-6