Le refroidissement et le chauffage des locaux sont des besoins courants dans la plupart des zones habitées. En Europe, l'énergie consommée pour la climatisation augmente, et la situation pourrait empirer dans un proche avenir en raison de l'augmentation de la température dans différentes régions du monde. Le besoin de refroidissement croissant dans les bâtiments, surtout pendant la saison estivale, est satisfait par les climatiseurs, qui utilisent souvent des fluides frigorigènes à fort impact environnemental et conduisent également à une consommation électrique élevée. Donc, Comment les ingénieurs peuvent-ils réduire la demande d'énergie pour le refroidissement des bâtiments ?

Une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques par un groupe de recherche basé au Politecnico di Torino (SMaLL) et à l'Institut national de recherche métrologique (INRiM) propose un dispositif capable de générer une charge de refroidissement sans utilisation d'électricité. Comme les appareils de refroidissement plus traditionnels, cette nouvelle technologie exploite également l'évaporation d'un liquide. Cependant, l'idée clé proposée par les chercheurs turinois est d'utiliser de l'eau simple et du sel ordinaire au lieu de produits chimiques potentiellement nocifs pour l'environnement. L'impact environnemental du nouveau dispositif est également réduit car il repose sur des phénomènes passifs, c'est à dire., processus spontanés de capillarité et d'évaporation, au lieu de pompes et de compresseurs qui nécessitent de l'énergie et de l'entretien.

« Le refroidissement par évaporation d'eau est connu depuis toujours. A titre d'exemple, la nature utilise l'évaporation de la sueur de la peau pour refroidir notre corps. Cependant, cette stratégie est efficace tant que l'air n'est pas saturé en vapeur d'eau. Notre idée était de proposer une technologie à faible coût capable de maximiser l'effet de refroidissement quelles que soient les conditions extérieures de vapeur d'eau. Au lieu d'être exposé à l'air, l'eau pure est en contact avec une membrane imperméable qui la maintient séparée d'une solution salée très concentrée. La membrane peut être imaginée comme un tamis poreux dont la taille des pores est de l'ordre du millionième de mètre. Grâce à ses propriétés hydrofuges, l'eau liquide de notre membrane ne passe pas à travers la membrane, alors que sa vapeur le fait. De cette façon, l'eau douce et l'eau salée ne se mélangent pas, tandis qu'un flux constant de vapeur d'eau se produit d'un bout à l'autre de la membrane. Par conséquent, l'eau pure se refroidit, cet effet étant encore amplifié grâce à la présence de différents étages d'évaporation. Clairement, la concentration d'eau salée diminuera constamment et l'effet de refroidissement diminuera avec le temps; cependant, la différence de salinité entre les deux solutions peut être reconstituée en continu et durablement grâce à l'énergie solaire, comme l'a également démontré une autre étude récente de notre groupe, " explique Matteo Alberghini, doctorat étudiant au Département de l'énergie du Politecnico di Torino et premier auteur de la recherche.

La caractéristique intéressante du dispositif proposé est sa conception modulaire composée d'unités de refroidissement de quelques centimètres d'épaisseur chacune, qui peuvent être empilés pour augmenter l'effet de refroidissement en série, comme c'est le cas avec les batteries ordinaires. De cette façon, il est possible d'affiner la puissance de refroidissement en fonction des besoins individuels, atteignant éventuellement une capacité de refroidissement comparable à celle généralement nécessaire pour un usage domestique. Par ailleurs, l'eau et le sel n'ont pas besoin de pompes ou d'autres auxiliaires pour être transportés à l'intérieur de l'appareil. Au contraire, il se déplace spontanément grâce à la capillarité de certains composants capables d'absorber et de transporter l'eau, même contre la gravité.

« D'autres technologies de refroidissement passif sont également testées dans divers laboratoires et centres de recherche à travers le monde, tels que ceux basés sur la dissipation de chaleur infrarouge dans l'espace extra-atmosphérique, également connu sous le nom de refroidissement passif radiatif. Ces approches, bien que prometteur et adapté à certaines applications, présentent également des limites majeures :Le principe sur lequel ils reposent peut être inefficace sous les climats tropicaux et en général les jours très humides, quand le besoin de conditionnement serait élevé; de plus, il existe une limite théorique pour la puissance frigorifique maximale. Notre prototype passif, basé plutôt sur un refroidissement par évaporation entre deux solutions aqueuses de salinités différentes, pourrait dépasser cette limite, créant un effet utile indépendant de l'humidité extérieure. De plus, nous pourrions obtenir une capacité de refroidissement encore plus élevée à l'avenir en augmentant la concentration de la solution saline ou en recourant à une conception modulaire plus sophistiquée de l'appareil, " ont écrit les chercheurs.

Aussi, la simplicité de l'assemblage du dispositif et des matériaux requis entraîne un faible coût de production, de l'ordre de quelques euros pour chaque étape de refroidissement. En tant que tel, l'appareil pourrait être idéal pour les installations dans les zones rurales, où le manque éventuel de techniciens bien formés peut rendre difficile le fonctionnement et la maintenance des systèmes de refroidissement traditionnels. Des applications intéressantes peuvent également être envisagées dans des régions à forte disponibilité en eau salée, comme les régions côtières à proximité de grandes usines de dessalement ou les marais salants et les mines de sel à proximité.

A partir de maintenant, la technologie n'est pas encore prête pour une exploitation commerciale immédiate, et d'autres développements (également soumis à de futurs financements ou partenariats industriels) sont nécessaires. En perspective, cette technologie pourrait être utilisée en combinaison avec des systèmes de refroidissement existants et plus traditionnels pour mettre en œuvre efficacement des stratégies d'économie d'énergie.