Révolution dans le froid : conception et optimisation d’un réfrigérateur magnétique rotatif à usage domestique

Le fonctionnement des systèmes frigorifiques traditionnels va de pair avec une consommation énergétique élevée et l’utilisation de frigorigènes néfastes pour l’environnement. Le froid magnétique repose au contraire sur des matériaux solides au potentiel de réchauffement planétaire (PRP) nul, tirant parti de l’effet magnétocalorique, c’est-à-dire la variation de température induite par un champ magnétique. Cette technologie présente plusieurs atouts :

• une grande efficacité énergétique ;
• un faible impact environnemental ;
• un système durable et à la conception compacte.

 

 

L’équipe de recherche a adopté une approche interdisciplinaire qui allie les aspects mécanique, thermo-hydraulique et magnétique de la conception de systèmes et s’appuie sur des simulations numériques avancées. Parmi les points forts de cette innovation, citons :

• une conception rotative : le dispositif utilise un régénérateur magnétique actif (AMR) rotatif, qui permet un fonctionnement plus fluide et un rendement supérieur à celui des modèles alternatifs ;
• un circuit magnétique optimisé : un nouvel agencement des aimants permet d’accroître la force et l’uniformité du champ magnétique, améliorant ainsi les performances de refroidissement ;
• des cassettes de MMC modulables : le régénérateur comprend des cassettes interchangeables fabriquées par impression 3D, ce qui facilite le remplacement de matériaux magnétocaloriques (MMC) comme le gadolinium ;
• une stratégie de commande intelligente : la fréquence de rotation et les débits d’écoulement du fluide sont optimisés de manière à maximiser la charge de refroidissement pour différentes plages de température.

 

Ce nouveau réfrigérateur magnétique rotatif a montré des performances considérablement améliorées, avec une charge de refroidissement 40 % supérieure à celle d’un système de conception classique. Plus particulièrement, le système optimisé a permis d’obtenir une charge de refroidissement de 118,59 W pour une plage de température de 15 K. En outre, le rapport entre la charge thermique et la masse de MMC a progressé, passant de 33,24 W/kg à 49,22 W/kg. Ces gains sont favorisés par une amélioration de la densité du flux magnétique et de moindres pertes dues au volume mort, ce qui contribue à l’efficacité globale du dispositif.

 

Si le gadolinium (Gd) reste un MMC très efficace, son coût et son empreinte environnementale posent de sérieux défis quant à une application à grande échelle. Pour résoudre ce problème, l’étude propose plusieurs solutions pratiques : utiliser l’impression 3D pour réduire la perte de matière et les coûts de fabrication ; explorer d’autres matériaux magnétocaloriques présentant un meilleur profil de durabilité ; et incorporer des systèmes de régulation basés sur l’intelligence artificielle afin d’optimiser les performances.

 

Une fois sa construction réussie, le prototype a été intégré à un banc d’essai en vue de sa validation expérimentale. Les recherches futures porteront sur l’évaluation des performances de ce système en conditions réelles, sur son déploiement à plus grande échelle pour des applications commerciales, et sur la réduction de la dépendance aux matériaux de terres rares afin d’améliorer la durabilité environnementale et la viabilité économique de cette technologie.

 

Cette étude marque un jalon important dans le développement de technologies frigorifiques durables. En alliant conception innovante et mise en œuvre pratique de solutions d’ingénierie, le réfrigérateur magnétique rotatif ouvre une voie prometteuse vers des solutions de refroidissement à faibles émissions de CO₂.

 

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