PartagerLa course à la conception d'appareils de refroidissement individuels
Le refroidissement individuel serait moins énergivore et beaucoup moins coûteux que le refroidissement de bâtiments entiers. Partant de ce constat, des entreprises, des start-ups et des chercheurs se sont engagés dans une course pour développer et fabriquer des appareils portables qui peuvent faire office de mini-unités de conditionnement d’air.
Selon le « scénario de référence » de l'AIE, les besoins énergétiques pour le refroidissement des locaux pourraient tripler d'ici 2050 (voir actualité sur le site de l'IIF (1)).
L'industrie du refroidissement domestique est un marché important : par exemple, aux États-Unis – où les trois quarts des habitations sont équipées d’un climatiseur – le conditionnement d’airreprésente un coût de 29 milliards de dollars américains par an, selon le Département américain de l'Énergie (2).
Le refroidissement serait moins consommateur d'énergie et beaucoup moins cher que ne l’est le refroidissement de bâtiments entiers. Partant de ce constat, des entreprises, des start-ups et des chercheurs se sont engagés dans une course pour développer et construire des appareils portables qui peuvent agir comme de mini-unités de climatisation (3):
La société japonaise Sony prévoit de mettre en vente un appareil appelé Reon Pocket en 2020, juste à temps pour les Jeux olympiques de Tokyo. Reon Pocket est un appareil à effet Peltier qui est placé contre la nuque, d'où il peut soit abaisser, soit augmenter la température corporelle. Après avoir effectué des centaines de simulations, Sony affirme que cet appareil – d’un poids de 85 g – peut abaisser la température corporelldu porteur de 13 °C ou l’augmenter d'environ 8 °C. Le prix de l'appareil, qui ne sera commercialisé qu'au Japon dans un premier temps, est estimé à'environ 130 dollars américains.
La start-up américaine Embr Labs a conçu l’Embr Wave, un appareil thermique portable à faible énergie conçu pour améliorer le confort thermique de l’ensemble corps. Ce dispositif se porte au poignet et possède une surface de chauffage et de refroidissement par contact de 25 mm × 25 mm. La puissance de chauffage et de refroidissement maximale des bracelets est de 2 W. Une étude de 2018 du Centre pour l'environnement bâti de l'UC Berkeley (4), basée sur des tests réalisés sur 23 sujets dans une chambre climatique, a montré que le réchauffement et le refroidissement localisés avaient un effet significatif sur les sujets qui avaient froid ou chaud avant d'utiliser l'appareil. Le bracelet Wave est vendu à environ 300 dollars américains.
L'Embr Wave et la Reon Pocket utilisent tous deux l'effet thermoélectrique pour générer un refroidissement dans un appareil suffisamment petit pour être porté sur le corps. Mais les systèmes thermoélectriques nécessitent également beaucoup d'énergie. Selon Fast Company (3), pour rendre l'Embr Wave plus efficace, l'équipe de la start-up a conçu le dispositif thermoélectrique pour cibler uniquement les températures auxquelles le corps humain répond le mieux. Les sensations de température étant relatives, l'appareil doit être un peu plus frais que la température normale du corps humain. La température de l'appareil augmente et diminue lentement, grâce à un algorithme propriétaire qui modifie la température juste assez pour produire une sensation de refroidissement tout en économisant la batterie. Embr affirme que les utilisateurs peuvent exécuter des cycles de deux à trois minutes de l'appareil jusqu'à 50 fois sur une seule charge.
Pendant ce temps, des chercheurs universitaires explorent également les façons dont l'effet Peltier pourrait être utilisé pour créer des vêtements portables. À l'Université de Californie à San Diego (États-Unis), le professeur de génie mécanique et de science des matériaux Renkun Chen et son équipe ont créé un patch portable qui utilise une technologie similaire pour provoquer un refroidissement instantané (5).
Le patch flexible, dont le développement a été financé par le Département américain de l'Énergie, utilise également l'effet thermoélectrique pour refroidir mais ne nécessite pas de dissipateur de chaleur car le patch a une couche isolante entre le côté du patch qui repose contre le la peau du porteur et le côté du patch qui expulse la chaleur dans l'environnement. L’objectif final est de combiner plusieurs patchs ensemble pour créer des vêtements intelligents qui peuvent être portés pour un refroidissement et un chauffage personnalisés. L'équipe du Professeur Chen estime qu'il faudrait 144 patchs pour créer un gilet de refroidissement. Cela représenterait une puissance d’environ 26 W au total pour offrir à un individu une impression de fraîcheur par une journée chaude moyenne.
« Si le port de cet appareil peut vous garantir un confort dans une plage de températures plus large, vous n'aurez pas besoin de baisser le thermostat autant en été ou d'augmenter la chaleur autant en hiver », a déclaré Chen. Par exemple, maintenir la température de consigne d'un bâtiment 12 degrés plus élevée pendant l'été pourrait réduire les coûts de refroidissement d'environ 70 %, a-t-il noté.
Il espère commercialiser la technologie - qui est actuellement au stade de la validation de principe - d'ici quelques années.
(1) IIR News 23930
(2) https://www.energy.gov/energysaver/home-cooling-systems/air-conditioning
(3) https://www.fastcompany.com/90385897/the-billion-dollar-race-to-invent-a-wearable-air-conditioner