Chaud l'hiver, frais l'été
Production, gestion et stockage de froid et de chaleur

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L'Équipe "Génie de la sorption solide-gaz appliqué à des fins énergétiques" de l'Institut de science et génie des matériaux et procédés (IMP) du CNRS a mis au point1 des nouveaux procédés de production, gestion et stockage de froid et chaleur à partir d'une seule source énergétique, la chaleur.

Les chercheurs ont dû relever plusieurs défis :

  • faire du froid ou remonter un niveau de chaleur à partir d'une même forme énergétique, la chaleur, avec des rendements compatibles avec la diminution de la production de CO2 dans l'atmosphère ;
  • ne pas utiliser de fluides frigorigènes classiques comme les fréons ou leurs dérivés dangereux pour la couche d'ozone ;
  • produire du froid et/ou de la chaleur, de façon continue et autonome (sans liaison avec une source énergétique), dans des positions quelconques, à tout moment, dans des conditions extrêmes de température ambiante.
    Applications des différents types de procédés de production,
    gestion de froid et/ou de chaleur
    Procédés discontinus :
  • climatisation portable (assurant le confort dans des conditions particulières,
    pendant des durées fixées, la régénération du vêtement climatisé s'effectuant
    après utilisation) ;
  • transport autonome (caissons, véhicules) de produits à température dirigée
    (denrées alimentaires, médicaments, produits dangereux ou toxiques) ;
  • préconditionnement de véhicules ;
  • systèmes de secours de procédés classiques, se mettant automatiquement en route.
    Procédés continus :
  • réfrigération et climatisation classique, avec source thermique (gaz, solaire
    ou récupération de chaleur).
    Procédés de fabrication de froid originaux :
  • fabrication rapide de glaçons, avec décollement (2 minutes) ;
  • refroidissement rapide de compartiments froids.
    Procédés de fabrication de froid et/ou de chaleur dans des conditions particulières :
  • contrôle de température d'éléments sensibles dans des conditions extrêmes
    en température ou d'environnement ;
  • chauffage ou climatisation dans des conditions particulières, avec fonction
    de stockage intégrée.


    • Le système thermochimique développé par l'IMP est un procédé de fabrication du froid, sans électricité, fondé sur la réaction chimique entre un gaz (l'ammoniac, le gaz carbonique ou l'eau avec l'inconvénient pour ce dernier gaz de ne pouvoir produire du froid en dessous de 0°C) et un solide (un sel) piégé dans du graphite (naturel expansé, mélangé ou imprégné du support solide actif). L'adsorption d'un gaz sur un solide poreux joue le même rôle. Dans ce procédé, l'ammoniac liquide sous pression s'évapore à l'ouverture d'une vanne liant le réservoir de gaz liquéfié et le réservoir contenant le sel. L'évaporation s'accompagnant d'un refroidissement important, le réservoir du gaz pompe de la chaleur dans son environnement, et produit donc du froid, alors que le réservoir de sel devient une source de chaleur. Après évaporation totale du gaz, le processus inverse est entamé par une source de chaleur qui permet la re-liquéfaction du gaz.

    Les chercheurs de l'IMP ont synthétisé puis utilisé des solides réactifs ou adsorbants de grande capacité massique ou volumique de réaction ou d'adsorption vis-à-vis d'un gaz, présentant des enthalpies (chaleur d'adsorption ou d'adsorption) importantes. La mise en œuvre et les dimensionnements de tels matériaux sont en réalité les vraies commandes du procédé : ils assurent les fonctions de production à des puissances variables, sans autre nécessité de contrôle de type électronique. La nature des réactifs solides fixe le niveau de température du froid produit.

    Les systèmes développés ont fait l'objet d'analyses thermodynamiques originales pour satisfaire les demandes des partenaires industriels. En particulier, des systèmes sans vannes conduisant à des mises en œuvre de procédés totalement étanches ont été brevetés.

    Grand prix européen de l'innovation, trophées 2000
    Le Prix du Jury a été remis à Bernard Spinner pour le procédé STELF, permettant une production presque instantanée de froid sans compresseur tout simplement par le biais d'une réaction chimique entre de l'ammoniac et un sel. Ce système d'une grande originalité et de faible encombrement a de nombreuses applications dont l'équipement de vêtements de protection thermiques qui peuvent ainsi assurer des températures constantes dans des conditions extrêmes d'utilisation.


    1 Dans le cadre du programme sur l'utilisation rationnelle de l'énergie (Programme interdisciplinaire de recherche sur les sciences pour l'énergie et les matières premières, PIRSEM).La Délégation aux entreprises du CNRS gère la propriété de 14 brevets internationaux, 4 licences ayant été accordées à des partenaires industriels. D'autres brevets, d'application cette fois, ont été déposés en partenariat avec des industriels développant le procédé mis au point à l'IMP. Parmi les partenaires industriels, on peut citer : Total-Elf-Fina, les établissements BOYE (Sète, France) et Electrolux (Suède).

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