Pourra-t-on bientôt refroidir un bac à glaçons ou l'unité centrale d'un ordinateur en appuyant simplement sur un bouton ? Des scientifiques de l'université de Cambridge au Royaume-Uni, ont annoncé la découverte d'un matériau dans lequel un phénomène de diminution sensible de température se produit par application d'un champ électrique.
Le principe, appelé l'effet électrocalorique, est connu depuis les années 60, mais son intensité trop faible ne semblait pas lui promettre d'applications pratiques. Les chercheurs de Cambridge viennent de découvrir une céramique qui permet de provoquer ce qu'ils ont appelé un effet électrocalorique géant, plus de 100 fois plus intense que ce qui avait pu être constaté auparavant. Le matériau est une variante d'une céramique piézoélectrique connue, le Titano-Zirconiate de Plomb (PZT). Les chercheurs ont constaté qu'ils pouvaient transformer le PZT en un matériau électrocalorique prometteur simplement en y incorporant pour sa fabrication environ 20 fois plus de zirconium que de titane.
L'effet en lui-même n'est pas très bien expliqué mais Neil Mathur, membre de l'équipe de Cambridge, explique que ce qui est fondamentalement nécessaire est un matériau qui subisse une modification brusque de sa structure cristalline (un changement de phase), à une température particulière. Pour le PZT la température de ce changement de phase peut être modifiée par un champ électrique. Ceci signifie que, à proximité de ce point, un champ électrique peut placer les atomes du réseau cristallin dans un état de "basse énergie", leur permettant alors "d'aspirer de l'énergie" dans le réseau et de produire de ce fait un refroidissement.
Refroidissement électrique
L'effet électrocalorique est très étroitement lié à l'effet pyroélectrique, mieux connu, une force appliquée à un matériau produit un champ électrique et inversement. Le PZT possède également cette propriété, et c'est pourquoi les chercheurs avaient choisi de le tester. Ils ont pu abaisser de 12°C la température d'un film de PZT enrichi en zirconium, épais d'un tiers de micron.
Cet effet pourrait être employé pour élaborer une pompe à chaleur. L'idée serait d'abaisser la température du matériau cycliquement, en le reliant à chaque fois au système à refroidir puis en le déconnectant dès que ce système a refroidi. La température du système chuterait ainsi peu à peu à chaque cycle.
Le PZT ne sera pas très utile en lui même, reconnaît Mathur, parce que l'effet électrocalorique le plus intense ne se produit qu'à des températures relativement élevées, autour de 220°C. Avec son équipe, il recherche désormais des solutions de rechange qui fonctionneraient à une température plus proche de la température ambiante.
Il existe un phénomène un peu similaire, pour lequel le refroidissement est induit par magnétisme, et qui a été déjà utilisé par des industriels pour fabriquer des prototypes d'unités de réfrigération. Cependant ceux-ci exigent des champs magnétiques intenses irréalisables en pratique. Le refroidissement électrique sera-t-il plus simple à mettre en oeuvre ? Mathur avoue ne pas le savoir encore.
