FORMATION  
Install Magazine 996 – mars 2024

Des chercheurs japonais développent un matériau avec un fort effet barocalorique

En refroidissement et en chauffage, on recherche activement des alternatives au cycle classique de compresseur. Une possibilité consiste à mettre à profit le dit effet barocalorique. Il s’agit d’un phénomène au cours duquel un matériau se réchauffe dès qu’une pression est exercée sur celui-ci, et qui se refroidit à nouveau dès que le pression est enlevée. Ce phénomène peut être utilisé pour entraîner un cycle thermique. Lorsque la chaleur produite est évacuée vers un système d’émission, le matériau va effectivement extraire de la chaleur de l’environnement dès que la pression a à nouveau disparu. Se crée ainsi un cycle de pompe à chaleur. Le grand avantage de ce principe de fonctionnement est l’absence de recours à un réfrigérant.

Un matériau prometteur

Il s’agit cependant de trouver un matériau capable de créer une différence de température suffisamment importante, et qui soit également utilisable à température ambiante. Sous la direction de Shin-Ichi Ohkoshi (Université de Tokyo, Université de Tsukuba, ainsi que les sociétés Molsis et Aisin) une équipe de chercheurs japonais a trouvé un matériau prometteur. Il s’agit du cyano-RbMnFeCo, qui est capable de créer une différence de température maximale calculée de 142 K à une pression de 560 MPa. Au cours des tests, les chercheurs ont atteint une augmentation de la température de 44 K lorsqu’une pression était exercée. Dès que la pression a été ôtée, le matériau s’est refroidi jusqu’à -31 K sous la température de sortie. Il en a résulté un cycle dont la plage totale était de 75 K.

Pour être utilisable dans la pratique, l’effet doit rester stable, y compris après des cycles répétés. Les chercheurs ont alors soumis le matériau à un test d’endurance de 103 cycles. Au terme de celui-ci, aucune baisse de l’effet barocalorique n’a été constaté.

Applications

Les chercheurs envisagent diverses possibilités d’application de ce matériau, notamment grâce à la bonne conductivité thermique dont il fait preuve (20 W/mK), ce qui permet à la chaleur d’être acheminée et évacuée efficacement en cas de cycles répétés. Le différentiel de température élevé signifie également qu’il n’y a guère besoin de dispositif en cascade pour atteindre les puissances souhaitées. Ce qui n’est pas le cas avec les autres matériaux barocaloriques. Enfin, le coût du matériau n’est pas trop élevé : les principaux composants que sont le rubidium, le manganèse et le fer sont facilement disponibles.

Durant le test, on a mesuré une température de 53°C, mais des températures de 77°C et plus sont théoriquement envisageables. Cela rend ce cycle idéal pour des applications dans le chauffage des bâtiments. Les chercheurs perçoivent par ailleurs la possibilité de faire du refroidissement rapide, de 25°C à -50°C, notamment pour l’industrie alimentaire. Une application directe du matériau consiste à la combiner avec un substrat piézo-électrique, afin de créer un élément frigorifique compact qui puisse empêcher toute surchauffe des appareils électriques.

Par Alex Baumans

Figure: Shin-Ichi Ohkoshi et al.

www.nature.com