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Les chercheurs du Laboratoire International de Recherche (IRL) Sciences de l’Ingénieur Lyon Tohoku, Matériaux en conditions extrêmes (Elytmax, CNRS/INSA Lyon/Centrale Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1/Tohoku University), ont mis au point deux prototypes d’un système de réfrigération à base d’élastomères, d’une part, et d’un système de réfrigération à base d’eau, d’autre part. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue Applied Thermal Engineering.

L’élément central du dispositif est un tube en caoutchouc naturel qui s’échauffe lorsqu’il est étiré (400 à 600 %) et se refroidit lorsqu’il est relâché. Un tube soumis à des contraintes cycliques est traversé par un fluide caloporteur qui transfère la chaleur exclusivement dans une direction.

Une étude préliminaire menée dans le cadre du projet ANR ECPOR (elastocaloric coupling in polymers for solid cold generation) a permis de valider le principe et d’identifier les paramètres clés de son fonctionnement. Par la suite, des prototypes de laboratoire ont été réalisés qui ont confirmé le rôle important joué par le diamètre et l’épaisseur du tube dans l’échange de chaleur, tout en démontrant qu’un système de réfrigération à plus grande échelle était réalisable.

Les deux prototypes étaient constitués de 19 et 55 tubes fins en caoutchouc (quelques mm de diamètre), disposés en parallèle entre deux réservoirs d’eau, avec un actionneur qui allongeait mécaniquement les tubes. Les cycles d’étirement des tubes et de circulation du liquide ont permis d’obtenir une puissance frigorifique maximale de 3,5 watts avec le dispositif à 55 tubes. En comparaison, un réfrigérateur domestique normal nécessite des centaines de watts, et un climatiseur des kWatts. Cependant, les résultats suggèrent qu’avec une augmentation du nombre de tubes, il sera possible d’augmenter la puissance de manière significative.

La mise en œuvre pratique du système (principe d’actionnement, fixation des tubes et contraintes géométriques, distribution du liquide) a conduit au développement de solutions innovantes qui ont fait l’objet d’une demande de brevet.

Actuellement, les chercheurs continuent d’analyser les mécanismes de transfert de chaleur à l’intérieur du dispositif, afin d’en améliorer encore les performances. Les scientifiques de l’IRL sont également en contact avec des entreprises du secteur en France et au Japon pour évaluer la possibilité de développer un système industriel.