Vers une réfrigération par simple impulsion électrique
Publié par Michel le 04/03/2006 à 00:00
Source: Nature
Pourra-t-on bientôt refroidir un bac à glaçons ou l'unité centrale d'un ordinateur en appuyant simplement sur un bouton ? Des scientifiques de l'université de Cambridge au Royaume-Uni, ont annoncé la découverte d'un matériau dans lequel un phénomène de diminution sensible de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) se produit par application d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance...).

Le principe, appelé l'effet électrocalorique, est connu depuis les années 60, mais son intensité trop faible ne semblait pas lui promettre d'applications pratiques. Les chercheurs de Cambridge viennent de découvrir une céramique (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en terre qui ont subi une...) qui permet de provoquer ce qu'ils ont appelé un effet électrocalorique géant, plus de 100 fois plus intense que ce qui avait pu être constaté auparavant. Le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en...) est une variante d'une céramique piézoélectrique connue, le Titano-Zirconiate de Plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) (PZT). Les chercheurs ont constaté qu'ils pouvaient transformer le PZT (Les PZT sont un matériau de la famille de céramiques ferroélectriques qui une fois polarisées possèdent de bonnes caractéristiques piézoélectriques.) en un matériau électrocalorique prometteur simplement en y incorporant pour sa fabrication environ 20 fois plus de zirconium que de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.).

L'effet en lui-même n'est pas très bien expliqué mais Neil Mathur, membre de l'équipe de Cambridge, explique que ce qui est fondamentalement nécessaire est un matériau qui subisse une modification brusque de sa structure cristalline (un changement de phase), à une température particulière. Pour le PZT la température de ce changement de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) peut être modifiée par un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique. Ceci signifie que, à proximité de ce point (Graphie), un champ électrique peut placer les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) cristallin dans un état de "basse énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.)", leur permettant alors "d'aspirer de l'énergie" dans le réseau et de produire de ce fait un refroidissement.

Refroidissement électrique

L'effet électrocalorique est très étroitement lié à l'effet pyroélectrique, mieux connu, par lequel le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) d'un matériau produit un champ électrique. Le PZT possède également cette propriété, et c'est pourquoi les chercheurs avaient choisi de le tester. Ils ont pu abaisser de 12°C la température d'un film de PZT enrichi en zirconium, épais d'un tiers de micron.

Cet effet pourrait être employé pour élaborer une pompe à chaleur (Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et donc de le chauffer), alors que spontanément la chaleur...). L'idée serait d'abaisser la température du matériau cycliquement, en le reliant à chaque fois au système à refroidir puis en le déconnectant dès que ce système a refroidi. La température du système chuterait ainsi peu à peu à chaque cycle.

Le PZT ne sera pas très utile en lui même, reconnaît Mathur, parce que l'effet électrocalorique le plus intense ne se produit qu'à des températures relativement élevées, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de 220°C. Avec son équipe, il recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) désormais des solutions de rechange qui fonctionneraient à une température plus proche de la température ambiante.

Il existe un phénomène un peu similaire, pour lequel le refroidissement est induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force...) par magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques en mouvement. Ces objets, dits magnétisables,...), et qui a été déjà utilisé par des industriels pour fabriquer des prototypes d'unités de réfrigération. Cependant ceux-ci exigent des champs magnétiques intenses irréalisables en pratique. Le refroidissement électrique sera-t-il plus simple à mettre en oeuvre ? Mathur avoue ne pas le savoir encore.

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