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Faire des aimants cool
Vous pensez que les aimants pour réfrigérateur sont destinés aux listes de courses et aux œuvres d'art de la jeunesse ? Détrompez-vous. Des chercheurs du monde entier tentent de révolutionner la réfrigération en introduisant des aimants dans le froid.
Un groupe du laboratoire Ames, un laboratoire du département de l'énergie de l'Iowa State University, a construit un prototype d'unité de réfrigération qui transforme des matériaux possédant certaines propriétés magnétiques en réfrigérants naturels. Plus précisément, le prototype contient l'élément de terre rare gadolinium , qui, selon eux, a refroidi le contenu à 42 degrés Fahrenheit.
Le refroidissement magnétique pourrait aboutir à des systèmes de refroidissement plus économes en énergie et plus petits, que ce soit pour les réfrigérateurs et les climatiseurs grand public ou pour des utilisations industrielles telles que la fabrication d'hydrogène liquide pour faire fonctionner des piles à combustible. Mais trouver des matériaux qui refroidissent à température ambiante, pour un prix qui ne nécessite pas de subvention gouvernementale, n'est pas facile.
Les scientifiques recherchent depuis un certain temps des matériaux améliorés. Le cœur de la recherche est un phénomène appelé effet magnétocalorique, dans lequel certains matériaux se refroidissent lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique changeant. Il existe deux indicateurs de l'effet magnétocalorique : un alignement des spins des électrons dans le matériau - magnétisation - et une baisse réelle de la température. En janvier, des chercheurs de l'Université d'Amsterdam aux Pays-Bas ont découvert qu'un composé de fer, de manganèse et d'arsenic présentait un fort alignement du spin des électrons, ce qui suggérait qu'un matériau bon marché avec l'effet magnétocalorique pourrait tout simplement être possible.
Pourtant, les chiffres peuvent être trompeurs, explique le chercheur d'Ames Karl Gschneidner. Il y a un problème, dit-il, à se fier à la magnétisation. Vous n'obtenez que le [changement de l'entropie du matériau], et ce n'est qu'une mesure de l'effet magnétocalorique. Le changement de température, dit-il, est le facteur le plus important pour les chercheurs intéressés par la construction d'un dispositif de refroidissement magnétique.
Il y a d'autres problèmes, explique Lawrence Bennett, professeur d'ingénierie à l'Institute for Magnetics Research de l'Université George Washington. Les réfrigérateurs et les climatiseurs transfèrent la chaleur d'un endroit à un autre. Une pompe comprime un gaz comme le fréon, le rendant dense et chaud. Le gaz traverse un ensemble de tubes ; à mesure que les tubes dégagent de la chaleur, le gaz se refroidit et se transforme en liquide. Le liquide est forcé à travers une vanne spéciale, se dilate en un gaz encore plus froid, absorbe la chaleur de l'intérieur du système de refroidissement, puis répète le cycle.
Pour qu'un réfrigérateur magnétique fonctionne, le matériau magnétocalorique doit absorber la chaleur d'un côté et l'expulser de l'autre. Mais la plupart des matériaux testés sont de mauvais conducteurs de chaleur. De plus, les meilleurs matériaux magnétocaloriques sont les métaux, mais les champs magnétiques changeants créent de petits courants électriques qui consomment de l'énergie et peuvent rendre le refroidissement beaucoup moins efficace.
De tels inconvénients sont la raison pour laquelle certains experts comme Bennett étudient si des nanocomposites pourraient être créés avec les caractéristiques nécessaires. En principe, les nanocomposites pourraient être bien meilleurs, dit-il. Par exemple, le composite est en fait une masse de minuscules particules qui ne se touchent pas, arrêtant les courants électriques presque aussitôt qu'ils ont commencé. Le matériau magnétocalorique pourrait être associé à une autre substance qui pourrait plus facilement dissiper la chaleur.
Jusqu'à présent, cependant, les nanocomposites magnétocaloriques ne sont qu'un concept. Personne n'est encore capable de produire ce dont nous avons besoin, dit Bennett, bien que le département de chimie de George Washington ait reçu une subvention du département de l'énergie pour essayer.
Même si un tel développement réussit, prévient Barrett, il n'est pas clair si les ingénieurs peuvent concevoir des produits commercialement viables en utilisant cette technologie. Les scientifiques continueront donc à chercher un matériau suffisamment attractif et les aimants resteront, pour l'instant, sur la porte du réfrigérateur.