Une nouvelle étude de l'Université d'Hawaï à Mānoa a produit une nouvelle technique utilisant la chaleur qui pourrait aider à prévenir les accidents dans les centrales nucléaires.

L'ébullition est généralement associée au chauffage, cependant, dans de nombreuses applications industrielles associées à des composants extrêmement chauds, comme les centrales nucléaires et la fonte des métaux, l'ébullition est utilisée comme mécanisme de refroidissement efficace. Cela est dû à la "chaleur latente, " la chaleur absorbée pour changer l'eau en vapeur, qui élimine une énorme quantité de chaleur d'une surface chaude.

Il y a une limite à la quantité de chaleur qui peut être éliminée par ébullition. L'augmentation de cette limite de chaleur tolérable est importante pour de nombreuses raisons, mais surtout pour la sécurité.

Sangwoo Shin, professeur adjoint en génie mécanique au Collège d'ingénierie, a démontré un nouveau concept qui dépasse la limite de chaleur tolérable ou ce que l'on appelle le flux de chaleur critique (CHF). Il dirige une équipe de recherche qui a mis au point une nouvelle méthode qui a augmenté le CHF de 10 pour cent par rapport aux approches utilisées dans le passé.

Selon Shin, c'est important parce que, si la surface est extrêmement chaude, l'eau près de la surface se transformera rapidement en vapeur, ne laissant aucun liquide à utiliser pour refroidir la surface.

"Le résultat de cet échec de refroidissement conduit à une fusion de la surface chauffée, comme en témoigne la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima en 2011, " a expliqué Shin. L'incident a été provoqué par le tremblement de terre de Tohoku qui a frappé l'est du Japon, qui a généré un tsunami et désactivé les systèmes d'alimentation et de refroidissement des réacteurs de la centrale. "À cet égard, des efforts considérables ont été déployés pour augmenter le CHF, " il a dit.

À ce jour, l'un des moyens les plus efficaces d'améliorer le CHF est de rendre la surface rugueuse avec des nanostructures, Plus précisément, nanofils. Une rugosité de surface élevée conduit à un nombre accru de sites où le bullage se produit, résultant ainsi en CHF amélioré.

L'étude a révélé que le transfert de chaleur par ébullition était beaucoup plus favorable avec un nouveau concept qui consiste à revêtir la surface chaude à l'aide de bimorphes nanométriques, un long morceau de métal qui peut se plier lorsqu'il est exposé à la chaleur en raison de la dilatation thermique.

La surface chaude provoque la déformation spontanée des bimorphes, ce qui rend l'état de surface plus favorable à l'ébullition.

Shin dit que de futures études visant à améliorer davantage le CHF peuvent être attendues en choisissant la bonne géométrie et le bon matériau pour les nano-bimorphes, ce qui peut contribuer au développement de technologies économes en énergie pour les systèmes extrêmement chauds.

Cette nouvelle découverte, une collaboration avec des chercheurs de l'Université Yonsei et de l'Université de Californie Riverside, a été récemment publié dans Nano Letters.