Pompes à chaleur sans compresseur : l’institut Fraunhofer fait avancer la technologie électrocalorique

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur électrocalorique ?

La pompe à chaleur électrocalorique est une technologie de refroidissement et de chauffage à la fois innovante et écoénergétique qui s’appuie sur l’électricité pour faire circuler la chaleur sans utiliser de frigorigène nocif. Elle fonctionne en appliquant un champ électrique à des matériaux spécifiques, ce qui va les chauffer ou les refroidir, comme le font les réfrigérateurs modernes mais sans gaz ni élément en mouvement. Le système est ainsi moins bruyant, plus efficace et plus respectueux de l’environnement.

Les dernières avancées de l'institut Fraunhofer

Des chercheurs de l’organisme de recherche Fraunhofer-Gesellschaft, situé en Allemagne, ont récemment achevé un projet consacré à un concept novateur : des pompes à chaleur à semi-conducteurs basées sur des matériaux électrocaloriques, qui fonctionnent sans frigorigène nocif et pourraient être plus efficaces que les systèmes à compresseur.

Au cours du projet ElKaWe (abréviation de « pompe à chaleur électrocalorique » en allemand), six instituts Fraunhofer ont travaillé ensemble sur les principaux composants technologiques des pompes à chaleur électrocaloriques.

Afin d’améliorer le taux de transfert de chaleur dans ces nouveaux systèmes, l’équipe de chercheurs a eu recours à un concept breveté : les caloducs élastocaloriques actifs (AEH). Le transfert de chaleur latente s’effectue ici par l’évaporation et la condensation d’un fluide à la surface du matériau calorique. Les fluides utilisés dans ce projet étaient l’éthanol et l’eau, ce qui constitue un avantage considérable par rapport aux pompes à chaleur classiques fonctionnant avec des frigorigènes.

L’approche basée sur les caloducs permet d’obtenir des fréquences de cycle bien plus élevées que le pompage actif traditionnel d’un liquide. Le liquide peut en effet s’évaporer et se condenser à la surface du matériau électrocalorique jusqu’à dix fois par seconde. Cela permet de transporter beaucoup de chaleur avec peu de matériau, et donc de construire à l’avenir des systèmes particulièrement rentables.

D’après les simulations réalisées, l’efficacité de pompes à chaleur électrocaloriques constituées de matériaux actuels égalise déjà celle des systèmes à compresseur. Le consortium a développé et testé différents matériaux électrocaloriques à base de céramique et de polymère. Des essais complémentaires impliquant des composants fabriqués à partir d’autres matériaux sont toujours en cours afin de déterminer le potentiel d’augmentation du coefficient de performance.

Le projet ElKaWe

Le projet « ElKaWe », projet phare de l’institut Fraunhofer-Gesellschaft, regroupe six instituts Fraunhofer sous la direction du Fraunhofer IPM, qui ont travaillé au développement de pompes à chaleur électrocaloriques pour le chauffage et le refroidissement. Aujourd’hui, les pompes à chaleur reposent presque exclusivement sur la technologie des compresseurs. Or les pompes à chaleur électrocaloriques offrent une efficacité nettement supérieure et ne nécessitent pas l’utilisation de frigorigènes nocifs. Dans le cadre du projet, les scientifiques ont développé des matériaux électrocaloriques à base de céramique et de polymère et ont travaillé sur un concept de système novateur assurant une dissipation particulièrement efficace de la chaleur.

Instituts Franhofer participant au projet

• Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM (coordinateur du projet)

• Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology FEP

• Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF

• Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP

• Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS

• Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LB

Pour plus d’informations, veuillez consulter le site de l’institut Fraunhofer.