Il peut être utilisé pour refroidir ou chauffer l'air d'une pièce ou pour refroidir ou chauffer des liquides. Et cela ressemble à quelque chose que Q, le spécialiste de la technologie et le gadget dans les films de James Bond, aurait pu proposer. L'appareil prototype, qui a été développé par une équipe de recherche dirigée par les professeurs Stefan Seecke et Andreas Schütze à l'Université de la Sarre, est capable de transférer la chaleur à l'aide de « muscles » fabriqués à partir de nickel-titane. Nickel-titane ou nitinol, comme on l'appelle souvent, est un matériau à mémoire de forme qui libère de la chaleur dans son environnement lorsqu'il est chargé mécaniquement dans son état superélastique et absorbe la chaleur de son environnement lorsqu'il est déchargé. Cette propriété inhabituelle est la raison pour laquelle le nitinol est également appelé "alliage intelligent" ou "fil musculaire". plus efficace que les appareils de chauffage et de refroidissement conventionnels.

La Commission européenne et le ministère américain de l'Énergie ont tous deux évalué le nouveau procédé et le considèrent comme la technologie alternative la plus prometteuse aux systèmes de réfrigération à compression de vapeur existants.

L'équipe d'ingénieurs de Sarrebruck exposera sa technologie à la Hannover Messe de cette année du 1er au 5 avril sur le stand de la recherche et de l'innovation de la Sarre (Hall 2, Stand B46).

Les règles sont assez claires :pour refroidir quelque chose, vous devez en retirer la chaleur. Et pour réchauffer quelque chose, il faut lui fournir de l'énergie thermique. Le système prototype que les ingénieurs de l'Université de la Sarre ont développé fait ces deux choses. Mais leur système transporte la chaleur en utilisant une nouvelle méthode qui évite les problèmes et les inconvénients associés aux systèmes de chauffage et de refroidissement conventionnels. "Notre système se passe des réfrigérants conventionnels si nocifs pour l'environnement, " explique le professeur Andreas Schütze de l'Université de la Sarre, un expert dans le domaine de la technologie des capteurs et de la mesure.

Le principe sous-jacent est simple et consiste essentiellement à soumettre un alliage à mémoire de forme (SMA) particulier - en l'occurrence nickel-titane - à des cycles de chargement/déchargement contrôlés. "Les transitions de phase résultantes qui se produisent dans le réseau cristallin de l'alliage libèrent ou absorbent la chaleur latente, selon la partie du cycle dans laquelle se trouve le matériau, " dit le professeur Stefan Seekeke, qui est titulaire de la Chaire en systèmes de matériaux intelligents à l'Université de la Sarre. Cet effet est particulièrement prononcé dans les fils en nickel-titane. "Lorsque les fils de nitinol précontraints sont déchargés à température ambiante, ils refroidissent jusqu'à 20 degrés, " explique Felix Welsch qui a travaillé sur le prototype dans le cadre de son projet de recherche doctorale, avec sa collègue d'équipe Susanne-Marie Kirsch. Ce phénomène permet d'évacuer la chaleur du système. "Lorsque les fils sont chargés mécaniquement, ils chauffent d'une quantité similaire, afin que le procédé puisse également être utilisé comme pompe à chaleur, " explique Welsch.

Le prototype est la première machine fonctionnant en continu qui refroidit l'air à l'aide de ce procédé. L'équipe a conçu et développé un entraînement à cames en instance de brevet dont la rotation garantit que des faisceaux de fils de nitinol de 200 microns d'épaisseur sont alternativement chargés et déchargés de manière à ce que la chaleur soit transférée aussi efficacement que possible. L'air est soufflé à travers les faisceaux de fibres dans deux chambres séparées :dans une chambre, l'air est chauffé, dans l'autre, il est refroidi. L'appareil peut donc être utilisé soit comme pompe à chaleur, soit comme réfrigérateur.

Mais ce qui semble si simple s'avère difficile et complexe à mettre en œuvre. Les ingénieurs de l'Université de la Sarre et du Zema (Center for Mechatronics and Automation Technology) à Sarrebruck ont ​​passé plusieurs années à travailler sur le problème dans différents projets, y compris le programme prioritaire financé par le DFG « Ferroic Cooling ». En utilisant une combinaison d'enquêtes expérimentales et de modélisation numérique, ils ont pu identifier comment maximiser l'efficacité du mécanisme sous-jacent, le niveau de charge de fil nécessaire pour atteindre un degré de refroidissement spécifique, la vitesse de rotation idéale et le nombre de fils de nitinol à inclure dans un faisceau. « Plus la surface est grande, plus le transfert de chaleur est rapide, c'est pourquoi les faisceaux de fils offrent les meilleures capacités de refroidissement, " explique Susanne-Marie Kirsch. " Nous utilisons une caméra thermique pour analyser précisément le déroulement des étapes de chauffage et de refroidissement. " Résultat de leurs travaux de recherche, l'équipe d'ingénierie dispose désormais d'une gamme de paramètres qu'elle peut ajuster pour adapter son système aux différents besoins. « Nous avons pris les résultats obtenus jusqu'à présent et avons développé un logiciel qui nous permet de régler avec précision notre technologie de chauffage et de refroidissement sur un ordinateur pour des applications spécifiques. Une fois la modélisation et la planification informatiques terminées, le système peut alors être construit, " explique Kirsch.

Cette recherche fondamentale pourrait bien avoir des applications industrielles intéressantes, parce que la nouvelle technologie de chauffage et de refroidissement développée à Sarrebruck est très efficace. Selon l'alliage utilisé, la puissance de chauffage ou de refroidissement du système est jusqu'à trente fois supérieure à la puissance mécanique nécessaire pour charger et décharger les faisceaux de fils en alliage. Cela rend déjà le nouveau système au moins deux fois plus performant qu'une pompe à chaleur conventionnelle et trois fois meilleur qu'un réfrigérateur conventionnel. "Notre nouvelle technologie est également respectueuse de l'environnement et ne nuit pas au climat, car le mécanisme de transfert de chaleur n'utilise pas de liquides ou de vapeurs. Ainsi, l'air dans un système de climatisation peut être refroidi directement sans avoir besoin d'un échangeur de chaleur intermédiaire, et nous n'avons pas à utiliser sans fuite, tuyauterie haute pression, " explique le professeur Seekeke.

L'équipe travaille actuellement à l'optimisation du transfert de chaleur au sein du système afin d'augmenter encore plus l'efficacité de la nouvelle technologie. "Notre objectif est d'arriver à un stade où la quasi-totalité de l'énergie de la transition de phase est utilisée pour le chauffage ou le refroidissement, ", explique le doctorant Felix Welsch.