Au LIST, un chercheur développe une clim révolutionnaire
Emmanuel Defay et son équipe ont élaboré un climatiseur écologique basé sur l’effet électro-calorique. Le chercheur nous explique son fonctionnement.
Le scientifique dirige depuis son arrivée au LIST en 2014 une unité de recherche sur les matériaux électro-caloriques. Parmi les nombreux projets lancés par le chercheur originaire de France, l’un concerne le développement d’une alternative au climatiseur classique.
Le climatiseur en développement aujourd’hui au LIST utilise l’effet électro-calorique. Comment fonctionne ce système?
Emmanuel Defay : C’est un effet que l’on retrouve dans certains matériaux isolants. Concrètement, ils ont la capacité de se réchauffer ou de se refroidir quand on leur applique une tension électrique. C’est un effet fugace et transitoire, mais que l’on peut utiliser pour en faire un système efficace.
En quoi cette technologie se distingue-t-elle radicalement de celle du réfrigérateur ou du climatiseur?
Le climatiseur classique aujourd’hui est basé sur des gaz à changement de phase. C’est une méthode où l’on varie la pression sur le gaz pour le faire passer alternativement d’un état liquide à un état gazeux. C’est ce changement de phase qui va entraîner la variation de température et donc l’échange de chaleur qui nous permet de faire des climatiseurs.
C’est quelque chose qui fonctionne très bien, mais le problème, c’est que ces gaz sont aussi très dangereux et ont un effet de serre très fort. Les climatiseurs et réfrigérateurs actuels dépendent de gaz à changement de phase qui, même avec les meilleures intentions, s’échappent (taux d’évaporation estimé à 80 %) et contribuent au réchauffement climatique. Le système que nous développons n’utilise pas de gaz à effet de serre. Les matériaux (polymères ou céramiques) restent à l’état solide.
Quel gain d’efficacité énergétique peut-on espérer par rapport à un appareil de réfrigération classique?
Si tout fonctionne comme on l’a imaginé, et si on arrive à optimiser les matériaux, on doit pouvoir atteindre un gain d’efficacité énergétique de 20 % par rapport aux systèmes actuels, ce qui permettrait de réduire considérablement la consommation d’électricité. Actuellement, 20 % de l’électricité mondiale est consommée pour le refroidissement (réfrigérateurs, climatiseurs). Cette proportion devrait atteindre 40 % d’ici 2050 en raison du réchauffement climatique et de l’augmentation de la demande en climatisation.
Où en est le projet aujourd’hui?
Nous sommes à la deuxième étape de ce projet qui en compte trois. Nous avons identifié les matériaux intéressants et nous travaillons avec des partenaires industriels en France et au Japon qui sont capables de les fabriquer. Tous deux travaillent sur des matériaux très différents, l’un sur les polymères électro-caloriques et l’autre sur les céramiques électro-caloriques (…). La troisième étape sera d’atteindre des performances aussi bonnes, voire meilleures, que les dispositifs actuels.
Une commercialisation est possible dans cinq à dix ans
À quel horizon espérez-vous une possible commercialisation?
On essaie d’aller le plus vite possible. Nous avons déjà les financements, notamment de l’Union européenne, c’est un bon point. Nous espérons avoir une première preuve de concept convaincante pour un petit climatiseur d’ici deux-trois ans, avec une commercialisation possible dans cinq à dix ans. Il reste encore de nombreux obstacles avant la production à grande échelle. Mais on essaie justement de les résoudre.
À terme, cette solution peut-elle remplacer les climatiseurs actuels?
C’est un vœu pieux, mais je pense que ce sera probablement difficile de lutter contre une technologie qui est très robuste, qui a 150 ans d’ingénierie derrière elle, avec une nouvelle technologie sur laquelle il y a encore quelques inconnus.
En fin de vie, ces composants en céramique ou en polymère sont-ils faciles à recycler?
Le partenaire industriel avec lequel nous travaillons réfléchit à des méthodes pour pouvoir recycler ce polymère et le réutiliser sur d’autres applications. Pour les céramiques, des études sont en cours pour le recyclage.
Quel est le coût de cette technologie? Sera-t-elle plus chère que le système de climatisation classique?
On a justement choisi des matériaux qui ont le potentiel d’être développés à moindre coût. Si tout se passe comme prévu, on devrait arriver à s’approcher fortement de ce que ça coûte aujourd’hui.
Avoir une clim sera une question de survie
Mais au-delà du coût à l’achat, installer une climatisation peut aussi faire flamber la facture d’électricité.
C’est précisément pour répondre à cet enjeu que nous avons développé une technologie réduisant la consommation d’énergie primaire. Nous pourrions également envisager un couplage vertueux avec des panneaux photovoltaïques : l’électricité produite lors des pics d’ensoleillement alimenterait directement le système de climatisation au moment où les besoins sont les plus forts.
Avec les vagues de chaleur de plus en plus fréquentes et intenses, l’installation d’une climatisation sera-t-elle indispensable?
Tout le monde aura une clim un jour ou l’autre. Cela sera même une question de survie. C’est déjà le cas dans certains pays. Par exemple, en Inde, moins de 10 % des foyers sont équipés de climatiseurs. Malheureusement, de nombreux habitants y souffrent de la chaleur et de l’humidité, voire en meurent. On n’en est pas là en Europe, mais on sait qu’on va atteindre des conditions où ce sera probablement très difficile. De ce fait, je pense que la pression sur le besoin de climatisation va augmenter, car nous n’avons pas d’autre alternative. L’isolation, c’est bien, mais ça ne permet pas de faire baisser la température.
Quelles seraient les applications futures de cette technologie?
Les applications futures pourraient s’étendre au refroidissement des appareils électriques, tels que les batteries des voitures électriques, afin d’en améliorer les performances et la longévité.
