Cette climatisation passive peut fournir jusqu’à 9°C de refroidissement sans électricité
Les étés deviennent de plus en plus insupportables, et même les personnes vivant dans des régions habituellement fraîches comme le Royaume-Uni envisagent désormais sérieusement d’installer une climatisation. Cela signifie que nous allons commencer, globalement, à dépenser de plus en plus d’énergie pour la climatisation, drainant à la fois notre argent et notre budget carbone en baisse. Si l’approvisionnement en électricité pour la climatisation à partir d’énergies renouvelables est un moyen de gérer cette demande croissante, la recherche d’une technologie plus efficace l’est tout autant.
Image d’entête : une version carrée de 102 mm du dispositif (à gauche) est testée sur un toit du MIT. A droite, un dispositif utilisant uniquement le refroidissement par évaporation, à des fins de comparaison. (Zhengmao Lu/ MIT)
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) se sont vraiment surpassés, en présentant un dispositif à trois couches qui ne nécessite que de l’eau pour refroidir son environnement jusqu’à 9,3 °C par rapport à la température ambiante. Ce dispositif de refroidissement passif est destiné à préserver les cultures vivrières et à compléter les climatiseurs conventionnels dans les bâtiments, aucune électricité n’est nécessaire.
La conception à trois couches combine le refroidissement par rayonnement, le refroidissement par évaporation et l’isolation thermique dans un même ensemble. Auparavant, ces méthodes de refroidissement passif étaient utilisées de manière isolée, mais c’est la première fois que quelqu’un a trouvé le moyen de les combiner dans un même dispositif, améliorant ainsi leur rendement grâce à des effets synergiques.
Selon le postdoc du MIT Zhengmao Lu, auteur principal de la nouvelle étude (lien plus bas) :
En combinant ces caractéristiques de manière synergique, nous sommes maintenant en mesure d’obtenir des performances de refroidissement élevées, même dans les zones à forte humidité où la technologie précédente ne parvient généralement pas à être performante.
De l’extérieur, le refroidisseur passif ressemble à un panneau solaire, et à bien des égards, c’en est un, sauf qu’au lieu d’utiliser de l’électricité, il fournit du froid en refroidissant de l’eau par des tuyaux ou directement l’air ambiant.
La couche supérieure est un aérogel, de l’air enfermé dans une structure spongieuse en polyéthylène, qui est semi-isolant, ne laissant passer que la vapeur d’eau et le rayonnement infrarouge (chaleur). Sous l’aérogel se trouve une autre couche, cette fois en hydrogel, un autre matériau spongieux dont les pores sont remplis d’eau plutôt que d’air. La lumière infrarouge du soleil chauffe l’hydrogel, évapore l’eau et refroidit le dispositif tandis que la vapeur traverse la couche d’aérogel et se répand dans l’environnement.
La couche inférieure est une surface réfléchissante semblable à un miroir qui reflète toute lumière qui parvient à traverser l’aérogel et l’hydrogel, la renvoyant dans l’espace afin que la chaleur ne soit pas absorbée par les matériaux, réduisant ainsi la charge thermique.
Résumé graphique du dispositif. (Zhengmao Lu et col./ Cell Reports Physical Science)
Toujours selon Lu :
La nouveauté ici consiste à réunir dans une même architecture la fonction de refroidissement radiatif, la fonction de refroidissement par évaporation et la fonction d’isolation thermique.
Lu et ses collègues ont testé un prototype d’à peine 10 cm de diamètre sur le toit d’un des bâtiments du MIT, et ils ont montré qu’il pouvait atteindre un refroidissement de 9,3°C même dans des conditions météorologiques non optimales. C’est suffisant pour réduire considérablement les pertes alimentaires dues à la détérioration dans de nombreuses régions du monde où la réfrigération fait défaut.
Le dispositif pourrait, par exemple, être installé sur le toit d’un conteneur de stockage des aliments. Il pourrait également être utilisé dans des endroits où la climatisation est déjà en place afin de réduire considérablement la charge de ces systèmes en envoyant de l’eau fraîche dans les parties les plus chaudes du système.
Selon Lu :
En abaissant la température du condensateur, vous pouvez effectivement augmenter l’efficacité du climatiseur, ce qui vous permet d’économiser de l’énergie.
La seule maintenance requise consiste à ajouter régulièrement l’eau nécessaire à l’évaporation. Ce n’est pas très compliqué, car même dans les zones les plus chaudes et les plus sèches, les opérateurs sont censés changer l’eau tous les quatre jours et seulement une fois par mois dans les zones plus humides.
Le prototype présenté par les chercheurs peut être mis à l’échelle industrielle. Toutefois, si la plupart des matériaux sont rapidement disponibles, l’aérogel est plutôt cher pour l’instant et sa conception nécessite quelques ajustements pour qu’il soit possible de le produire en masse. S’ils parviennent à résoudre le problème de la fabrication en masse de leur aérogel, cette technologie passive pourrait s’avérer très utile.
L’étude publiée dans Cell Reports Physical Science : Significantly enhanced sub-ambient passive cooling enabled by evaporation, radiation, and insulation et présentée sur le site du Massachusetts Institute of Technology : Passive cooling system could benefit off-grid locations.