Un système de refroidissement passif peu coûteux qui ne nécessite aucune alimentation

• Le nouveau système de refroidissement passif fournit un refroidissement efficace dans les environnements chauds sans utiliser d'énergie produite par le carburant.
• Dans les environnements secs, il peut fournir un refroidissement jusqu'à 40 °C en dessous de la température ambiante.
• Il pourrait compléter les systèmes de refroidissement existants pour stocker les vaccins et les aliments dans des zones chaudes et hors réseau.

Les mécanismes de refroidissement existants reposent sur des systèmes de refroidissement par fluide et de compression de vapeur, qui sont assez complexes et coûteux. Le système de refroidissement passif, en revanche, comme le refroidissement radiatif atmosphérique, utilise l'atmosphère terrestre à des longueurs d'onde de l'infrarouge moyen pour faire baisser les températures à des niveaux significatifs.

Pendant des années, des chercheurs du monde entier ont essayé de développer des systèmes de refroidissement passifs, et jusqu'à présent, ils ont pu construire ces systèmes à l'aide d'instruments photoniques complexes qui sont coûteux à fabriquer et ne peuvent pas être largement utilisés. La plupart d'entre eux sont développés pour refléter parfaitement toutes les longueurs d'onde et émettre un rayonnement infrarouge moyen.
Cependant, pour y parvenir, vous devez ajouter plusieurs couches de matériaux et contrôler leurs épaisseurs à une précision nanométrique.

Maintenant, les chercheurs du MIT ont développé un nouveau système passif peu coûteux qui fournit un refroidissement par une chaude journée ensoleillée, sans nécessiter d'énergie produite par le carburant. Il pourrait compléter d'autres systèmes de refroidissement pour stocker/conserver les médicaments et les aliments dans les zones hors réseau.

Théoriquement, le système est capable de fournir un refroidissement jusqu'à 20°C en dessous de la température ambiante. Cependant, en le démontrant, les chercheurs ont pu atteindre un refroidissement de 6°C. Pour abaisser davantage la température, on pourrait utiliser des systèmes de refroidissement ou de réfrigération thermoélectriques traditionnels.

Comment ça marche ?

Le nouveau système de refroidissement passif bloque simplement la lumière directe du soleil, en utilisant une petite bande placée à 90 degrés pour couvrir la trajectoire du Soleil dans le ciel. Cela élimine le besoin de suivre les instruments.

Un instrument blanc simple, développé en combinant de l'aluminium poli, un film plastique à faible coût et une isolation, permet une émission suffisante de chaleur par rayonnement dans la plage infrarouge moyenne. Plus précisément, il exploite le chevauchement spectral de l'émission radiative d'objets terrestres près de la température ambiante entre la longueur d'onde de 8 et 13 micromètres.

En plaçant un parapluie sur le système et en le complétant par une isolation, les chercheurs ont rendu le refroidissement plus efficace pendant la journée. Ils ont effectué des expériences en extérieur et ont découvert que le système bloquait efficacement la lumière directe du soleil tout en émettant en continu les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen vers le ciel.

Référence :Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-07293-9 | MIT

Il y a quelques dizaines d'années, les scientifiques ne développaient que des systèmes pour réduire le chauffage. Mais maintenant, ils utilisent intelligemment des nuances avec des mécanismes de filtrage de la lumière pour faire baisser la température.

Limites et applications

Crédit image :Bikram Bhatia / MIT 

Les systèmes ne fonctionnent pas correctement dans une atmosphère humide. Il réduit la quantité d'émission infrarouge dans l'air, limitant la quantité de refroidissement à 20°C (en dessous de la température ambiante). Cependant, si l'environnement est sec, il peut produire jusqu'à 40°C de refroidissement.

De plus, ce système ne peut pas être utilisé pour refroidir des maisons ou des bâtiments entiers. Il ne pouvait être utilisé que pour des applications de réfrigération, comme le stockage d'aliments et de médicaments dans des zones chaudes et hors réseau. Bien que l'approche ne soit pas assez puissante pour abaisser les températures jusqu'aux niveaux requis, elle peut au moins réduire les charges sur les systèmes de refroidissement existants, pour ne fournir que la dernière phase de refroidissement.

Il pourrait également être utilisé dans les systèmes photovoltaïques concentrés, dans lesquels des miroirs spéciaux concentrent les rayons du soleil sur les cellules solaires pour augmenter leur efficacité. Ces systèmes surchauffent souvent et nécessitent un entretien thermique régulier. Le système de refroidissement passif peut facilement contrôler ce problème de chauffage, éliminant ainsi le besoin d'une gestion thermique active.

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Dans les années à venir, les chercheurs tenteront d'améliorer le système. Le plus grand défi serait de découvrir un matériau isolant capable d'empêcher l'ensemble du système de chauffer excessivement de l'air extérieur.