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Thermo-acoustique : refroidir en produisant de l'électricité !

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Transformer la chaleur en son puis le son en électricité : voilà une idée pour rafraîchir les processeurs et perfectionner les cellules photoélectriques. Les militaires américains sont intéressés et financent les recherches. Dans quelques années, la technique aura, paraît-il, investi nos micros...

Orest Symko, son allumette et son réfrigérateur producteur d’électricité. Crédit : University of Utah

Ce vendredi 8 juin 2007, à la rencontre annuelle de la Société d'acoustique américaine (Acoustical Society of America), Orest Symko, chercheur aux cheveux blancs de l'université de l'Utah et ses collègues, viennent de présenter un curieux petit appareil gros comme une mandarine. Pour sa démonstration aux journalistes, Orest Symko a coutume d'en approcher une allumette ou un briquet : l'engin se met à faire du bruit et génère de l'électricité. Selon ce scientifique, c'est là une nouvelle manière de produire du courant à partir de la chaleur, par exemple celle produite par un réacteur nucléaire, mais ce serait aussi une possibilité de tirer un meilleur profit de l'énergie de la lumière et même de produire du froid.

L'idée, à vrai dire, n'est pas nouvelle. C'est une histoire en deux chapitres. Le premier raconte la thermo-acoustique, cette technique capable de transformer de l'énergie thermique en ondes de pression, bref, de la chaleur en son et réciproquement. Connu depuis très longtemps, ce phénomène a déjà été testé pour la réalisation de réfrigérateurs sans fluide caloriporteur. Schématiquement, le principe consiste à envoyer une onde sonore issue d'un haut-parleur à travers une structure poreuse appelée pile et constituée d'un empilement de feuilles ou de tiges constituées de matériaux divers (matière plastique par exemple). Les ondes stationnaires qui y sont générées provoquent une succession de zones de compression, où le gaz (air, hélium...) s'échauffe, et de décompression, où il se refroidit. Le tout est emprisonné dans un tube, dont la partie opposée au haut-parleur sert de résonateur pour amplifier le signal sonore. On peut alors déplacer de la chaleur entre l'extérieur et l'intérieur d'une enceinte. Mais la consommation électrique élevée d'un tel réfrigérateur le rend non concurrentiel face à la technique classique.

A gauche, la première partie du dispositif transmet la chaleur à une structure en pile qui se met à vibrer, générant une onde sonore. C’est l’effet thermo-acoustique. Dans la seconde partie de l’appareil (schéma de droite), ce son met en vibration un cristal piézo-électrique qui produit un courant électrique. Crédit : University of Utah.

Procédé universel mais bruyant !

Le procédé fonctionne aussi à l'envers : une différence de température entre les deux côtés de la pile produit des variations de pression locale qui se propagent, autrement dit un son. C'est la voie suivie par l'équipe d'Orest Symko, qui ajoute le deuxième chapitre à cette histoire : le son généré par thermo-acoustique fait vibrer un cristal piézo-électrique qui produit de l'électricité. Au total, on a donc retiré de la chaleur au milieu ambiant pour la transformer en courant électrique.

Quel est le rendement ? « Actuellement entre 20 et 25 % » affirment les chercheurs. Mais ce rendement varie beaucoup avec la différence de température entre la source de chaleur et le milieu ambiant. Plus elle est élevée et meilleur est le rendement. L'appareil refroidit mieux ce qui est plus chaud. L'efficacité de la conversion dépendrait aussi du type de réalisation. Selon l'équipe, un capteur photoélectrique basé sur un tel principe, récupérant l'énergie de la lumière par sa chaleur, pourrait dépasser un rendement de 50 %, très supérieur aux 20 % d'une cellule classique.

A l'intérieur d'un ordinateur, ce refroidisseur thermo-acoustique serait bien plus efficace que l'actuelle combinaison d'un radiateur (en fait un convecteur) et d'un ventilateur. Mais voilà : ce procédé à base d'onde sonore... fait du bruit. Orest Symko lui-même qualifie ce vacarme d'« impressionnant ». Mais il est persuadé qu'on peut l'étouffer et, par ailleurs, travaille sur une version générant des ultrasons. L'armée américaine est intéressée, elle aussi, pour rafraîchir ses radars.

Les chercheurs estiment que leur engin deviendra opérationnel dans environ deux ans.

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