Refroidissement respectueux du climat
Les chercheurs du KIT et leurs partenaires étudient les technologies de refroidissement par calorie
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À mesure que les températures augmentent, les besoins en refroidissement ne cessent de croître à l'échelle mondiale. Les systèmes de refroidissement classiques consomment d'importantes quantités d'électricité et utilisent des fluides frigorigènes présentant un fort potentiel de réchauffement global. Le refroidissement calorique pourrait offrir une alternative durable en utilisant des matériaux à l'état solide à la place des fluides frigorigènes classiques. Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), en collaboration avec des partenaires internationaux, ont analysé l'état d'avancement de ces systèmes. Leur étude, publiée dans la revue Nature, présente les progrès réalisés à ce jour et les défis qui font encore obstacle à leur mise en œuvre pratique.
Selon le Service météorologique allemand, le mois de juin 2026 s’est achevé sur une vague de chaleur historique. À mesure que ces événements extrêmes se multiplient à l’échelle mondiale, la demande énergétique liée au refroidissement des locaux devrait plus que doubler d’ici 2050. Le développement rapide de l’intelligence artificielle contribue également à accroître la demande en refroidissement, car les centres de données de plus en plus puissants génèrent davantage de chaleur résiduelle et doivent protéger efficacement leurs serveurs contre la surchauffe. Le refroidissement prend de plus en plus d’importance, non seulement dans les bâtiments et les centres de données, mais aussi dans l’électronique, la médecine et la logistique. Jusqu’à présent, cette demande a principalement été satisfaite par des systèmes à compression de vapeur. Bien que mature, cette technologie consomme de grandes quantités d’électricité et peut être source de bruit en raison de ses compresseurs.
Les recherches menées par le Dr Jingyuan Xu montrent qu’il existe d’autres moyens de refroidir. Cette jeune chercheuse, plusieurs fois récompensée, dirige le groupe de recherche « Technologies de chauffage et de refroidissement zéro émission et respectueuses de l’environnement » à l’Institut des technologies des microstructures (IMT) du KIT. Son expertise alimente également la revue actuelle, qu’elle a dirigée en tant qu’auteure responsable. « Le refroidissement calorique offre deux avantages clés : il ne nécessite pas de fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement global et permet de réduire la consommation d’énergie », explique Mme Xu.
Progrès en matière de dispositifs
Les technologies de refroidissement calorique utilisent des matériaux qui s’échauffent sous l’effet de stimuli externes et se refroidissent à nouveau lorsque le stimulus disparaît. Des champs magnétiques et électriques peuvent être utilisés à cette fin, tout comme la pression ou la contrainte de traction. Dans un dispositif, ce phénomène peut être exploité pour absorber de la chaleur à un endroit et la restituer ailleurs, à l’instar d’un réfrigérateur.
Les prototypes actuels montrent à quel point ce domaine a évolué. Certains atteignent désormais des puissances de refroidissement qui dépassent le stade des simples démonstrations en laboratoire : les systèmes basés sur des champs magnétiques dépassent les trois kilowatts, atteignant ainsi une plage de performances pertinente pour des applications de refroidissement à plus grande échelle. Les prototypes à entraînement mécanique ont franchi la barre du kilowatt. Des dispositifs plus petits utilisant des champs électriques pourraient convenir à l’électronique ou aux appareils portables.
Malgré ces progrès majeurs, un écart subsiste entre le matériau et les performances de refroidissement du dispositif fini : les pertes thermiques, la fatigue du matériau et la récupération incomplète de l’énergie au cours du cycle de refroidissement réduisent les performances globales. « Le matériau peut présenter d’importants écarts de température en laboratoire », explique le premier auteur, le Dr Nun Wang de l’IMT. « Ce qui importe, cependant, c’est l’efficacité avec laquelle cet effet peut être exploité pour le refroidissement dans un dispositif. »
Feuille de route pour une mise en œuvre pratique
Dans leur étude, les chercheurs montrent ce dont les systèmes caloriques ont encore besoin pour assurer un refroidissement fiable dans le cadre d’une utilisation quotidienne. La durabilité est particulièrement importante. Les dispositifs doivent rester stables sur plusieurs millions de cycles s’ils doivent assurer un refroidissement fiable pendant des années. Il est également crucial qu’ils puissent absorber et libérer la chaleur rapidement et qu’ils nécessitent le moins d’énergie possible pour le cycle de refroidissement.
À court terme, les systèmes caloriques ne remplaceront pas systématiquement les systèmes de refroidissement établis. « Dans un premier temps, ils présenteront un intérêt là où le refroidissement conventionnel atteint ses limites pratiques », explique Xu. « Cela peut être le cas lorsque les appareils doivent fonctionner de manière très silencieuse ou lorsqu’il faut éviter d’utiliser des fluides frigorigènes présentant un fort potentiel de réchauffement global. » Des tests standardisés et des démonstrateurs orientés vers des applications concrètes permettront de déterminer quels systèmes sont adaptés à ces usages.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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