Un matériau solide écologique pour remplacer les fluides frigorigènes polluants

Les fluides frigorigènes sont un problème, car ils sont aussi utiles que néfastes. En effet, puisque leur rôle est de transférer des calories au sein d’un système thermodynamique, ils sont utilisés autant dans les systèmes de production de froid que dans les systèmes de production de chaleur. Par conséquent, on les retrouve partout : dans les climatiseurs, les congélateurs, les réfrigérateurs et les pompes à chaleur.

Pourquoi les fluides frigorigènes sont un problème

Comme souvent, les fluides frigorigènes qui présentent les meilleures propriétés sont aussi les plus néfastes pour l’environnement et les plus dangereux pour l’homme. Il est bon de rappeler que les premiers fluides frigorigènes utilisés au début du XXe siècle étaient hautement toxiques (SO2, CH3Cl, C2H5Cl, NH3) ou dangereux, car combustibles (CH3Cl, C2H5Cl, NH3). Ils furent peu à peu remplacés par des produits dérivés du pétrole peu nocifs pour l’homme, mais qui ont un impact non négligeable sur l’environnement, car soit ils contribuent à détruire la couche d’ozone (produits chlorés comme les CFC et HCFC), soit ce sont des gaz à effet de serre extrêmement puissants. C’est donc pour ces raisons que les réglementations ont évolué de manière à interdire les fluides frigorigènes les plus problématiques, à contrôler leur utilisation et à « faire la chasse aux fuites ».

Les matériaux solides barocaloriques

Grâce aux travaux conduits par les équipes du docteur Xavier Moya de l’université de Cambridge et du professeur Josep Lluís Tamarit de l’université polytechnique de Catalogne, ce problème est en passe d’être résolu. En effet, les résultats qu’ils viennent de publier dans la revue Nature remettent au-devant de la scène les matériaux à effet barocalorique, c’est-à-dire capables de produire un refroidissement lorsqu’ils sont mis sous pression. L’équipe de chercheurs a ainsi découvert que le neopentylglycol (NPG), un composé chimique organique facilement compressible, présente un fort effet barocalorique, à tel point qu’ils l’ont qualifié de matériau à effet barocalorique colossal (CBCE).

Le NPG, un matériau malléable qualifié de “cristal plastique”

Les investigations menées démontrent que les propriétés exceptionnelles du NPG proviendraient d’une combinaison de trois facteurs : une orientation moléculaire extrêmement désordonnée, une très grande compressibilité et une dynamique du réseau non harmonique (anharmonic lattice dynamics). Plus simplement, les molécules de NPG, composées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, sont quasi-sphériques ; les liaisons entre molécules sont donc faibles, ce qui explique cette aptitude à la déformation.

Une solution plus efficace et économique

Mais cette découverte présente également un autre intérêt non négligeable : en plus d’être écologique, ce matériau est aussi économique. En effet, le NPG n’est pas un matériau nouveau puisque sa grande plasticité fait qu’il est très utilisé pour la fabrication de peintures, de plastifiants, de polyesters et de lubrifiants. Il est donc déjà commercialisé à grande échelle et très économique, ce qui le rend très compétitif par rapport aux fluides frigorigènes conventionnels. En outre, les résultats obtenus par les chercheurs indiquent que le NPG est aussi efficace que le réfrigérant R134a, l’un des plus employés pour les températures positives proches de l’ambiante. C’est donc le candidat idéal pour une utilisation dans les systèmes de climatisation. Une découverte qui tombe à point nommé alors que les systèmes de climatisation consomment près d’un cinquième de l’électricité produite dans le monde et que la demande ne cesse d’augmenter.