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Les panneaux d’isolation sous vide : une solution prometteuse pour les réfrigérateurs domestiques

Grâce à leur faible conductivité thermique, les panneaux d’isolation sous vide (PIV) permettent de réduire très fortement la consommation énergétique des réfrigérateurs domestiques. Leur adoption se heurte toutefois à des problèmes de coût et de durée de vie.

Dans un article de synthèse1 récemment publié dans la Revue Internationale du Froid, des chercheurs de l'Université Brunel au Royaume-Uni soulignent que la consommation mondiale d'électricité des réfrigérateurs domestiques représente environ 6 % de l'électricité totale consommée et représente en moyenne 14 % de la consommation électrique des ménages.

 

Environ 50 % de la charge de refroidissement provient de la chaleur transmise à travers les parois du réfrigérateur. Typiquement, les réfrigérateurs sont isolés avec des matériaux tels que des mousses dont la conductivité thermique est supérieure à 20 mWm-1K-1. Parallèlement, l'utilisation de panneaux d'isolation sous vide, dont la conductivité thermique est inférieure à 7 mWm-1K-1, peut réduire considérablement leur consommation d'énergie tout en maximisant le volume intérieur utilisable.

 

Sur la base d'un passage en revue très complet des études publiées sur ce sujet, les auteurs rapportent des réductions de consommation d'énergie variant de 20 à 30 % lorsque les parois sont isolées avec des PIV au lieu de mousse de polyuréthane (PU) traditionnelle, en fonction de la conductivité thermique des PIV utilisés. De plus, un gain de volume intérieur de 32 % a été observé lorsque des VIP en silice fumée ont été utilisés dans les parois latérales d'un réfrigérateur domestique. Les auteurs rapportent également durée d’amortissement de 9,7 ans pour les réfrigérateurs et de 4,5 ans pour les congélateurs utilisant des PIV avec une conductivité thermique de 4 mWm-1K-1.

 

Cependant, les PIV se heurtent à des obstacles pour constituer une isolation de choix dans les réfrigérateurs. Le premier est notamment dû aux incertitudes liées à la durée de vie des PIV. Par exemple, pour un VIP avec des brins de fibre de verre coupés comme cœur, la durée de vie (le temps pendant lequel la résistivité thermique du PIV reste supérieure à 87 mKW-1) a été estimée à cinq ans, ce qui est nettement inférieur à la durée de vie du réfrigérateur lui-même.

 

Le coût actuel élevé des PIV, qui peut être cinq fois plus élevé par unité de surface que la mousse d’isolation conventionnelle, constitue une autre difficulté. Le cœur représente l’essentiel du coût total du PIV. La silice fumée, les fibres de verre et les mousses ont été largement utilisées pour constituer le cœur des PIV.

 

La modélisation informatique du phénomène complexe de transfert de chaleur est une priorité pour développer de nouveaux composites de cœur et d’enveloppes permettant d’obtenir des PIV présentant un rapport coût-efficacité plus satisfaisant avec une durée de vie suffisamment longue.

 

Sources

 

(1) Verma S., Singh H., Vacuum insulation panels for refrigerators, International Journal of Refrigeration, April 2020.

Disponible dans FRIDOC (gratuit pour les membres IIF "standard" ou sur ScienceDirect (gratuit pour les membres IIF "standard" après activation de leur compte).