La chaleur coule naturellement des choses chaudes vers les choses froides, et comme il y a peu d’endroits plus froid que le vide de l’espace, c’est un excellent lieu pour essayer de transmettre un excès de chaleur. Au cours des dernières années, une équipe de Stanford a développé un système de toit qui peut refroidir un bâtiment en faisant exactement cela, et le dernier test de la technologie a réussi à utiliser des dispositifs à panneaux solaires pour refroidir l’eau sans nécessiter d’autres sources d’énergie.

Le système de Stanford, que ses développeurs appellent « le refroidissement radiatif du ciel » (radiative sky cooling), est apparu pour la première fois en 2013 pour progressivement refroidir les maisons et les bâtiments sans utiliser de source d’énergie externe. Le système extrairait le rayonnement thermique hors du bâtiment et l’émettrait dans le ciel sur une longueur d’onde qui lui permet de traverser facilement l’atmosphère terrestre et de s’échapper vers l’espace. Pour annuler l’énergie thermique entrante du Soleil, le panneau est recouvert d’un film optique multicouche, qui reflète 97% de la lumière du soleil qui le frappe, ce qui permet au système de fonctionner toujours pendant une journée chaude et ensoleillée.

«Si vous avez quelque chose de très froid – comme l’espace – et que vous pouvez dissiper la chaleur, vous pouvez faire du refroidissement sans électricité ni travail», déclare Shanhui Fan, auteur principal de l’étude. « La chaleur ne fait que couler. Pour cette raison, la quantité de flux de chaleur de la Terre qui va vers l’Univers est énorme ».

Ces premiers essais de preuve de concept ont été effectués à l’aide de plaquettes (wafers) de matériau d’environ 20 cm de large, mais elles ont seulement démontré comment la surface elle-même restait fraîche. Après cela, l’équipe a mis le matériau en place comme revêtement pour les panneaux solaires, les gardant au frais pour augmenter leur efficacité.

Maintenant, les scientifiques de Stanford ont étendu le système et ont montré qu’il pourrait être un moyen pratique de refroidir l’eau courante, et pourrait ensuite être acheminé à travers un bâtiment pour le refroidir. Dans les essais les plus récents, l’équipe a placé jusqu’à quatre panneaux du matériau réfléchissant mesurant 0,2 m² sur un toit, l’eau s’écoulant rapidement à travers des tuyaux en dessous. Pendant trois jours, les panneaux ont réussi à refroidir constamment l’eau entre 3° et 5°C  en-dessous de l’air ambiant.

À l’aide des données recueillies grâce à ces tests, les chercheurs ont simulé à quel point ces panneaux devraient fonctionner dans le refroidissement d’un immeuble de bureaux de deux étages dans le climat chaud et aride de Las Vegas. Lors d’essais, le bâtiment a été refroidi par un système de compression de vapeur, et le condensateur de ce système a ensuite été refroidi par les nouveaux panneaux. Bien sûr, ils ont constaté que tout au long de l’été, les panneaux réduisaient la puissance nécessaire pour refroidir le bâtiment de plus de 20 %, ce qui permet d’économiser environ 14,3 MWh d’électricité. Au jour le jour, les économies ont varié entre 18% et jusqu’à 50%.

« Cette recherche s’appuie sur notre travail précédent concernant un refroidissement radiatif du ciel, mais il passe au niveau suivant », explique Aaswath Raman, co-auteur principal de l’étude. « Il fournit pour la première fois une démonstration de la technologie de haute fidélité sur la façon dont vous pouvez utiliser le refroidissement radiatif du ciel pour refroidir passivement un fluide et, ce faisant, le connecter avec des systèmes de refroidissement pour économiser de l’électricité ».

Pour continuer à développer les appareils, les chercheurs ont fondé une société baptisée SkyCool Systems et travaillent actuellement à intégrer les panneaux dans les systèmes de climatisation et de réfrigération. L’une des principales applications qu’ils visent à long terme est la gigantesque tâche de refroidissement des centres de données.

http://news.stanford.edu/2017/09/04/sending-excess-heat-sky/

https://www.nature.com/articles/nenergy2017143