Le froid acoustique

L’intérêt est porté vers la thermoacoustique.

A l’heure actuelle, la production de froid ou la climatisation, utilisent des cycles à compression de vapeur entièrement basés sur les changements de phases d’un fluide.

Ce procédé est particulièrement efficace mais lié à des fluides aujourd’hui condamnés par les accords de Montréal et de kyoto sur les changements climatiques. Dans ce contexte, il devient urgent de s’orienter vers de nouvelles solutions industrielles pour répondre aux besoins industriels croissants en froid tout en respectant les engagements internationaux en termes de réduction des gaz à effet de serre et de préservation de la couche d’ozone.

Le procédé thermoacoustique est un candidat socio-économiquement et industriellement durable. Ce procédé, permit la suppression totale des gaz à effet de serre en utilisant des gaz neutres pour l’environnement par exemple l’azote, l’argon ou l’hélium.

Faire du froid en utilisant des ondes sonores peut paraître surprenant. Cependant, les liens entre température, chaleur et son, suscitent l’intérêt des scientifiques depuis deux siècles. Avant même de s’emparer de la question, les souffleurs de verre constatent depuis longtemps que leurs vases se mettent parfois à chanter lorsqu’ils les forment. Ils furent ainsi les premiers à observer qu’une différence de température peut engendrer un son. C’est le phénomène inverse qui intéressa le Français Pierre-Simon LAPLACE en 1816 qui comprit que le son modifie la température de l’air lorsqu’il s’y propage.

Une onde sonore est une onde de pression longitudinale. Lors de sa propagation, elle déplace le gaz autour d’une position moyenne tout en le comprimant puis le détendant. Rappelant qu’un gaz comprimé voit sa température s’élever et qu’un gaz détendu voit sa température chuter, l’onde sonore engendre donc une variation locale de la température du gaz sur son passage de quelques dix millièmes de degrés. Et si le gaz est mis en contact avec une paroi solide telle qu’une plaque en inox, il se crée un échange de chaleur induit par l’onde sonore à l’interface entre ces deux milieux. C’est cette propriété qui est utilisée dans les machines thermoacoustiques.

La technologie thermoacoustique, dont les développements s’accélèrent au niveau mondial, est en passe d’être mûre pour rentrer sur le marché. Aux Etats-Unis, la société Ben&Jerry’s a investi 600 000 dollars pour développer un prototype de réfrigération thermoacoustique. En Chine, une équipe universitaire de Pékin vient de lancer l’étude et la réalisation d’un réfrigérateur thermoacoustique de petite puissance pour la réfrigération domestique. En France, l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay et Hekyom ont développé un système de réfrigération en boucle, alimenté par un générateur d’onde linéaire. Ainsi, à l’échelle mondiale, l’intérêt porté à la thermoacoustique croît. Bien entendu, des difficultés scientifiques et technologiques seront encore à élucider et motivent déjà les chercheurs.
Amine MOUBARIK
Doctorant en chimie et physique des polymères
Laboratoire de Physique et Chimie des Polymères
Université de Pau et des Pays de l’Adour, France
E-mail: amine.moubarik@etud.univ-pau.fr