Système de refroidissement passif sans énergie abordable atteint 40 °C sous la température ambiante

• Un nouveau système de refroidissement passif fournit un refroidissement efficace dans les environnements chauds sans utiliser aucune énergie produite par 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 vaccins et aliments dans les zones chaudes hors réseau.

Les mécanismes de refroidissement existants reposent sur des systèmes à fluide caloporteur et à 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 aux longueurs d'onde infrarouges moyennes pour faire baisser les températures à des niveaux significatifs.

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

Maintenant, des chercheurs du MIT ont développé un nouveau système passif peu coûteux qui fournit un refroidissement par une journée ensoleillée chaude, sans nécessiter d'énergie produite par carburant. Il pourrait compléter d'autres systèmes de refroidissement pour stocker/préserver 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, lors de la démonstration, les chercheurs ont réussi à atteindre un refroidissement de 6 °C. Pour abaisser davantage la température, on pourrait utiliser des systèmes de refroidissement thermoélectrique traditionnels ou de réfrigération.

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 le trajet du Soleil à travers le ciel. Cela élimine le besoin d'instrument(s) de suivi.

Un instrument blanc simple, développé en combinant de l'aluminium poli, un film plastique peu coûteux et de l'isolation, permet une émission suffisante de chaleur via le rayonnement dans la gamme infrarouge moyenne. Plus spécifiquement, il exploite le chevauchement spectral de l'émission radiative des 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 avec de l'isolation, les chercheurs ont rendu le refroidissement plus efficace pendant la journée. Ils ont effectué des expériences en extérieur et ont constaté que le système bloquait efficacement la lumière directe du soleil tout en émettant continuellement les longueurs d'onde infrarouges moyennes vers le ciel.

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

Il y a quelques décennies, les scientifiques ne développaient que des systèmes pour réduire le chauffage. Mais maintenant, ils utilisent intelligemment des ombrages avec des mécanismes de filtrage de lumière de soutien pour faire baisser la température.

Limitations et applications

Crédit image : Bikram Bhatia / MIT

Le système ne fonctionne pas correctement dans une atmosphère humide. Cela réduit la quantité d'émission infrarouge à travers l'air, limitant le refroidissement à 20 °C (en dessous de la température ambiante). Cependant, si l'environnement est sec, il pourrait 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 pourrait être utilisé que pour des applications de réfrigération, comme stocker de la nourriture et des médicaments dans des zones chaudes hors réseau. Bien que l'approche ne soit pas assez puissante pour faire baisser les températures jusqu'aux niveaux requis, elle peut au moins réduire la charge 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 focalisent les rayons du soleil sur des cellules solaires pour augmenter leur efficacité. Ces systèmes surchauffent souvent et nécessitent une maintenance thermique régulière. Le système de refroidissement passif peut facilement contrôler ce problème de chauffage, éliminant le besoin de gestion thermique active.

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