Des ingénieurs développent un appareil de refroidissement écologique avec une efficacité record

Des chercheurs de l’École d’ingénierie de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) ont développé un appareil de réfrigération respectueux de l’environnement avec des performances de refroidissement record, ouvrant la voie à la transformation des industries dépendantes du refroidissement et à la réduction de la consommation mondiale d’énergie.

Avec une augmentation de l’efficacité de plus de 48 %, la nouvelle technologie de refroidissement élastocalorique ouvre une voie prometteuse pour accélérer la commercialisation de cette technologie disruptive et relever les défis environnementaux associés aux systèmes de refroidissement traditionnels.

La technologie traditionnelle de réfrigération par compression de vapeur repose sur des réfrigérants à fort potentiel de réchauffement climatique. La réfrigération élastocalorique à l’état solide basée sur la chaleur latente dans la transition de phase cyclique des alliages à mémoire de forme (AMF) offre une alternative respectueuse de l’environnement, avec ses caractéristiques de réfrigérants AMF sans gaz à effet de serre, 100 % recyclables et économes en énergie.

Mais la hausse de température relativement faible entre 20 et 50 K, qui est un indicateur de performance critique de la capacité du dispositif de refroidissement à transférer la chaleur d’une source à basse température vers un dissipateur à haute température, a entravé la commercialisation de cette technologie émergente.

Pour relever ce défi, l’équipe de recherche dirigée par le professeur Sun Qingping et le professeur Yao Shuhuai du département de génie mécanique et aérospatial a développé un dispositif de refroidissement élastocalorique en cascade multi-matériaux composé d’alliages à mémoire de forme nickel-titane (NiTi) et a battu le record du monde pour ses performances de refroidissement.

Ils ont sélectionné trois alliages NiTi avec différentes températures de transition de phase pour fonctionner respectivement à l’extrémité froide, à l’extrémité intermédiaire et à l’extrémité chaude. En faisant correspondre les températures de fonctionnement de chaque unité avec les températures de transition de phase correspondantes, la fenêtre de température superélastique de l’ensemble du dispositif a été étendue à plus de 100 K et chaque unité NiTi a fonctionné dans sa plage de température optimale, améliorant ainsi considérablement l’efficacité du refroidissement.

Le dispositif de refroidissement élastocalorique en cascade multi-matériaux construit a permis une augmentation de température de 75 K du côté de l’eau, surpassant le précédent record du monde de 50,6 K. Leur percée en matière de recherche, intitulée « Un dispositif de refroidissement élastocalorique en cascade multi-matériaux pour une augmentation de température importante », a été publiée dans Énergie naturelle.

S’appuyant sur le succès rencontré dans le développement de matériaux et d’architectures de refroidissement élastocaloriques, avec de nombreux brevets et articles publiés dans des revues de premier plan, l’équipe de recherche prévoit de développer davantage d’alliages et de dispositifs à mémoire de forme hautes performances pour les applications de refroidissement élastocalorique sous zéro et de pompage de chaleur à haute température. Ils continueront d’optimiser les propriétés des matériaux et de développer des systèmes de réfrigération à haute efficacité énergétique pour favoriser la commercialisation de cette technologie innovante.

Le refroidissement et le chauffage des locaux représentent 20 % de la consommation totale d’électricité dans le monde et, selon les estimations du secteur, devraient devenir la deuxième source de demande mondiale d’électricité d’ici 2050.

« À l’avenir, avec les progrès continus de la science des matériaux et de l’ingénierie mécanique, nous sommes convaincus que la réfrigération élastocalorique peut fournir des solutions de refroidissement et de chauffage écologiques et économes en énergie de nouvelle génération pour alimenter l’énorme marché mondial de la réfrigération, répondant à la tâche urgente de décarbonisation et d’atténuation du réchauffement climatique », a déclaré le professeur Sun.