FORMATION
Install Magazine 1005 – novembre 2025
Des recherches menées à Hong Kong ouvrent la voie aux pompes à chaleur thermoélastiques
Sun Qingping (à gauche) et Li Qiao présentent leur nouvel alliage aux propriétés thermoélastiques prometteuses.
Les pompes à chaleur jouent un rôle clé dans la décarbonation du chauffage. Il s’agit généralement d’appareils basés sur un cycle de compression de vapeur. Malgré les avantages, ils présentent des inconvénients, comme en témoigne le débat sur réfrigérants. Plusieurs instituts du savoir étudient donc actuellement les pompes à chaleur dites ‘solid state’ qui n’utilisent pas de changement de phase dans un fluide frigorigène, comme c’est le cas avec les appareils conventionnels, mais un principe alternatif. Des chercheurs de l’HKUST à Hong Kong ont mis au point un alliage qui pourrait servir de base à des pompes à chaleur fonctionnant selon l’effet thermoélastique. Cela permettrait de concevoir des appareils à températures de sortie et rendement élevés.
Pompes à chaleur thermoélastiques
L’effet thermoélastique est un phénomène qui consiste en un échauffement des matériaux lorsqu’ils sont déformés. Ce phénomène était déjà décrit au dix-neuvième siècle notamment par Kelvin, Joule et Duhamel. Avec les matériaux courants, l’échauffement est cependant trop faible pour permettre une application utile. Une équipe de l’HKUST à Hong Kong, sous la direction des professeurs Sun Qingpinq et Li Qiao, a donc développé des nouveaux matériaux affichant un effet thermoélastique plus important. L’un des résultats est un alliage présentant une différence de température de 4-5 K. D’après les chercheurs, cela pourrait conduire à des applications pratiques basées sur le principe thermoélastique.
Efficience élevée
L’équipe de Sun et Li est parvenue à créer un polycristal martensitique Ti78Nb22 capable de générer une différence de température de 4-5 K lors d’une déformation élastique. C’est vingt fois plus que la variation de température de 0,2 K observée avec les matériaux conventionnels. Il est également remarquable que cela puisse permettre la mise au point d’un cycle de pompe à chaleur thermoélastique atteignant un rendement de Carnot de 90%. Ce rendement est comparable à celui des pompes à chaleur à compression de vapeur. Il est également bien supérieur à celui d’autres alternatives solid state connues, qui stagnent à 50-70%. Cet alliage constitue la base de la recherche de nouveaux matériaux présentant un effet thermoélastique plus important. D’après les chercheurs, il serait possible d’atteindre 22 K. Il est intéressant de noter que le rendement du cycle augmente encore à des températures de fonctionnement plus élevées. Les chercheurs entrevoient donc des possibilités intéressantes de ce principe dans les applications industrielles. Les pompes à chaleur conventionnelles sont limitées à des températures de sortie d’environ 200°C. Dans ces conditions, le cycle thermoélastique offrirait de meilleures performances. Ce principe a donc le potentiel de décarboner environ 40% de la chaleur industrielle.
Pour l’instant, il ne s’agit que de calculs et de simulations. Cependant, les recherches montrent que les pompes à chaleur thermoélastiques constituent une alternative possible aux cycles de fonctionnement connus.
Par: Alex Baumans
Photo: HKUST
https://doi.org/10.1038/s41467-025-59720-3
