Revêtement à changement de phase révolutionnaire : capture de chaleur pour fusées, tuyauteries et même vos boissons

Spinoff est la publication annuelle de la NASA présentant les technologies NASA commercialisées avec succès. Cette commercialisation a contribué au développement de produits et services dans les domaines de la santé, biens de consommation, transport, sécurité publique, technologie informatique et ressources environnementales.

La plupart apprécient une boisson glacée par temps chaud sans penser à la physique dans le verre. Pourtant, la réaction de changement de phase — ici, la glace absorbe la chaleur de la boisson et fond — est puissante. Un revêtement créé par la NASA pour exploiter cette même réaction pourrait équiper des avions de ligne ou être la clé d'un réfrigérateur sans glace.

Le principe du changement de phase

Selon Raj Kaul, scientifique des matériaux au Centre de vol spatial Marshall, lors d'un changement de phase, la température reste stable exactement au point de transition. « Si vous congelez un thermomètre dans un bloc de glace et le chauffez, la température restera à 0 °C, même dans la partie déjà fondue. Ce n'est qu'une fois toute la glace fondue que l'eau commencera à augmenter en température. »

Pour l'eau, le point de fusion/congélation est 0 °C, mais la NASA a développé une gamme de matériaux avec différents points de fusion. Initialement prévus pour l'intérieur des combinaisons spatiales (qui chauffent par accumulation de chaleur corporelle), Kaul a commencé au début des années 2000 à rechercher leur utilisation à l'extérieur de la navette spatiale.

Protection des propulseurs à propergol solide

Les propulseurs étaient protégés par le MCC-1, « essentiellement un mélange de liège et d'époxy », explique Kaul. « Le liège brûle et ce processus d'ablation élimine la chaleur. De plus, la couche se consume, exposant du nouveau matériau qui subit le même processus. » Mais comme le revêtement était conçu pour brûler, il risquait d'endommager la structure. Kaul a donc travaillé sur un revêtement protecteur non ablatif maintenant une température sûre en dessous. Il s'est tourné vers les matériaux à changement de phase de la NASA et les a incorporés dans un revêtement applicable comme de la peinture, en déterminant le bon ratio matériau/révêtement.

Commercialisation par PrimeBilec

Après avoir licencié le brevet, l'entrepreneur Chris Bilec a fondé PrimeBilec (Austin, TX) et travaille sur plusieurs produits dont un réfrigérateur sans glace. Kaul a suggéré des applications comme peinture extérieure ou revêtement de toit : « le jour, il absorbe la chaleur ; la nuit, il la relâche et le cycle recommence. »

Bilec a utilisé le matériau pour revêtir l'arrière d'un avion afin de prévenir les dommages thermiques des réacteurs. « Pour l'aviation, nous réglons le matériau à 24 °C » — température de cabine maintenue par la compagnie. Le revêtement absorbe la chaleur qui élèverait la température interne.

Une entreprise fabriquant des pièges à chaleur pour hôpitaux des vétérans s'intéresse au produit : « Ils surveillent la chaleur des tuyaux. Quand ceux-ci surchauffent, ils brûlent leurs capteurs. Nos produits prolongent la durée de vie de leurs pièges à chaleur. »

Autre idée : un « réfrigérateur sans glace » et petits contenants pour repas. Le matériau à changement de phase est incorporé dans du polyester alimentaire pour revêtir le contenant. La nourriture — ou la bière — reste froide 2 à 4 heures de plus selon la température extérieure.

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