Le refroidissement radiatif passif peut désormais être contrôlé électriquement

Des moyens éconergétiques de refroidissement des bâtiments et des véhicules seront nécessaires dans un climat en évolution. Des chercheurs de l’Université de Linköping ont maintenant montré que le réglage électrique du refroidissement radiatif passif peut être utilisé pour contrôler les températures d’un matériau à température ambiante et à pression atmosphérique. Les résultats ont été publiés dans Rapports de cellule Sciences physiques.

“Pour refroidir les bâtiments, par exemple, la climatisation traditionnelle est principalement utilisée aujourd’hui, ce qui nécessite de grandes quantités d’énergie et utilise des réfrigérants dangereux pour l’environnement. Avec l’aide du refroidissement radiatif passif, le froid de l’espace pourrait être utilisé pour compléter les climatiseurs normaux et réduire consommation d’énergie », explique Magnus Jonsson, professeur et chef du groupe de photonique organique et de nano-optique à l’université de Linköping.

Le refroidissement radiatif passif utilise cette énergie thermique qui peut laisser un objet sous forme de rayonnement infrarouge. Tous les objets émettent de la chaleur sous forme de lumière infrarouge : les arbres, les bâtiments, l’eau et même les humains.

Différents types de matériaux émettent différentes quantités de chaleur infrarouge. Cela dépend de la capacité du matériau à absorber le rayonnement infrarouge – mieux il absorbe la chaleur infrarouge, meilleur est le matériau à émettre de la chaleur. Par exemple, le papier à lettres blanc ordinaire absorbe bien la chaleur infrarouge et, par conséquent, l’émet. En revanche, les métaux sont plutôt mauvais, car la majeure partie de la chaleur est réfléchie.

En raison de la capacité de l’atmosphère à transmettre la lumière dans la gamme de longueurs d’onde infrarouges, la froideur dans l’espace, où la température est d’environ -270 degrés Celsius, peut être utilisée pour éliminer la chaleur des objets terrestres. En raison de la différence de température, il peut y avoir un transport net vers l’extérieur. Un objet peut donc atteindre une température inférieure à la température ambiante à l’aide d’un refroidissement radiatif passif.

Cet effet a été utilisé très loin dans l’histoire, comme pour fabriquer de la glace dans des climats plus chauds. Cependant, depuis quelques années, la recherche en science des matériaux s’intéresse de plus en plus au phénomène, et a développé de nouveaux matériaux à forte capacité à émettre de la chaleur infrarouge sans être réchauffés par les rayons du soleil.

Des chercheurs de l’Université de Linköping ont maintenant montré que la température d’un appareil peut être régulée en ajustant électriquement la mesure dans laquelle il émet de la chaleur par refroidissement radiatif passif. Le concept utilise un polymère conducteur pour régler électrochimiquement l’émissivité de l’appareil. Les résultats ont été publiés dans la revue Rapports de cellule Sciences physiques.

“Vous pouvez le comparer à un thermostat. Actuellement, nous pouvons ajuster la température de 0,25 degrés Celsius. Cela peut sembler peu, mais le fait est que nous avons montré qu’il est possible d’effectuer ce réglage à température ambiante et normale. pression », déclare Debashree Banerjee, ingénieur de recherche principal à l’Université de Linköping et auteur principal de l’étude.

Les chercheurs pensent que, maintenant qu’ils ont montré que c’est possible, il existe un potentiel pour développer davantage les matériaux et les dispositifs. A terme, il est possible d’envisager des systèmes pouvant être posés sur un toit, un peu à la manière d’une cellule solaire, contrôlant ainsi le rayonnement thermique infrarouge de la maison et rafraichissant en cas de besoin. La méthode nécessite une consommation d’énergie extrêmement faible et provoque une pollution minimale. D’autres domaines d’application peuvent également inclure des vêtements et des papiers peints accordables aux flux thermiques et améliorer le confort thermique à l’intérieur avec une consommation d’énergie réduite.

Dans une autre étude publiée dans Sciences avancées, le même groupe de recherche a mis au point un dispositif thermoélectrique alimenté par le même principe de refroidissement radiatif, également complété par un chauffage solaire. Il est basé sur la génération d’une différence de température entre deux matériaux cellulosiques, dont l’un contient du noir de carbone pour absorber également la chaleur du soleil. Les matériaux sont connectés à un matériau qui convertit la différence de température en un potentiel électrique. L’exposition de l’appareil au ciel induit déjà une tension électrique de 60 mV à un rayonnement solaire modéré, mais le concept fonctionne même la nuit puisque les deux matériaux à base de bois sont conçus pour avoir des capacités différentes à émettre de la chaleur.

“Nous utilisons non seulement le soleil, mais aussi l’espace extra-atmosphérique comme source d’énergie”, explique Mingna Liao, Ph.D. doctorant du groupe et auteur principal de l’article dans Sciences avancées.

Afin d’effectuer des mesures contrôlées pour les deux études, les chercheurs ont construit un simulateur de ciel. De cette façon, les mesures n’étaient pas affectées par les changements de l’environnement de la même manière qu’elles le seraient à l’extérieur. Le simulateur de ciel se compose d’un tube avec des côtés recouverts d’aluminium qui réfléchissent le rayonnement. Un récipient placé au fond contient un matériau qui absorbe le rayonnement thermique et est refroidi avec de l’azote liquide pour simuler la froideur de l’espace extra-atmosphérique.