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Un nouveau système de réfrigération passive par rayonnement - Par : Hanen Hattab,

Un nouveau système de réfrigération passive par rayonnement


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Chaleur perdue par un édifice

L’image d’en-tête a été achetée sur Istock.com et est protégée par des droits d’auteur.

Les saisons caniculaires ne sont plus seulement la hantise des pays du sud. S’ajoute à cette réalité une augmentation de la température dans les îlots de chaleur urbains à cause de la pollution. Les systèmes de géothermie ne sont pas accessibles pour tout le monde et les appareils de climatisation sont non seulement chers, mais aussi énergivores. Une équipe du Massachusetts Institute of Technology a imaginé une technologie de refroidissement passive qui ne nécessite aucune énergie pour fonctionner.

Le système a été créé par des chercheurs du Département de génie mécanique. À cette étape de la recherche, il permet seulement de refroidir de petits espaces. Il peut être ainsi utilisé, par exemple, dans le cadre de missions militaires ou humanitaires, afin de conserver des aliments et des médicaments. Il peut être aussi combiné aux systèmes existants fonctionnant à l’électricité, afin de réduire leur consommation d’énergie sans avoir recours à l’installation de dispositifs complexes.

Fonctionnement

Le système est basé sur le concept de refroidissement radiatif. En somme, grâce à une sélectivité des longueurs d’ondes réfléchies et émises, l’appareil réfléchit presque tous les rayons du soleil et émet un rayonnement infrarouge à l’atmosphère, qui évacue la chaleur. Ce type de transfert thermique est utilisé depuis l’Antiquité pour rafraîchir les maisons durant la nuit, mais n’était pas efficace le jour, car la chaleur du soleil est beaucoup plus forte que l’effet de refroidissement.

Fabrication

Plus récemment, plusieurs chercheurs ont essayé de concevoir des systèmes de refroidissement passif basés sur le même principe. Toutefois, ces systèmes sont munis de dispositifs photoniques sophistiqués et coûteux. Ils sont complexes, car la plupart sont conçus dans le but de réfléchir pratiquement tous les rayons lumineux et d’émettre majoritairement des infrarouges moyens. Cela requiert en outre un matériau composé de couches dont l’épaisseur est précise au nanomètre près. Or la solution apportée par l’équipe permet d’arriver au même résultat grâce à une solution beaucoup plus simple.

De plus, pour fabriquer l’appareil, l’équipe a utilisé des matériaux qui ne coûtent pas cher. En effet, il est réalisé à partir d’un film en plastique, d’un dispositif d’isolation, d’un revêtement en aluminium poli et de peinture blanche. Ainsi, l’appareil est composé des parties fonctionnelles suivantes :

  • Un émetteur d’infrarouges moyens en cuivre;
  • Un capot de convection réalisé à partir de deux couches en polyéthylène nanoporeux qui sert à réfléchir partiellement le rayonnement solaire diffus;
  • Un réflecteur en aluminium poli qui se déplace sur une piste verticale afin de réfléchir le rayonnement direct du soleil. Sa trajectoire est de fait réglée en fonction des différentes positions diurnes du Soleil.

Tests et améliorations

L’équipe a testé l’appareil sur une terrasse de l’université et a validé son bon fonctionnement. Par contre, elle fait remarquer que l’humidité atmosphérique bloque l’émission des infrarouges, ce qui limite l’effet de refroidissement. L’objectif final reste toutefois d’utiliser ce système  même dans les régions tropicales. En théorie, le système permet de refroidir jusqu’à 20 oC en dessous de la température ambiante. À Boston, où le climat est humide à cause de la proximité de l’océan, l’équipe a enregistré une baisse de température de 6 oC durant les tests. Par ailleurs, au sud-ouest des États-Unis, où il fait plus sec en raison de l’environnement désertique, l’appareil serait capable d’abaisser la température de 40 oC.

L’équipe a fait une demande pour breveter cette technologie. En parallèle, elle continue ses recherches afin d’améliorer l’isolation tout en préservant la capacité à propager les infrarouges.

L’étude s’intitule « Passive directional sub-ambient daytime radiative cooling ». Elle est coécrite par Bikram Bhatia, Arny Leroy, Yichen Shen, Lin Zhao, Melissa Gianello, Duanhui Li, Tian Gu, Juejun Hu, Marin Soljačić et Evelyn N. Wang. Elle a été publiée dans Nature Communications le 27 novembre 2018.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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