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RÉSUMÉ
Les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante sont une solution alternative à la réfrigération par gaz compressé. Ces appareils ont atteint le stade de l'industrialisation, préalable à une prochaine mise sur le marché pour des puissances aujourd'hui limitées. La réfrigération, basée sur la compression/détente, est confrontée à des environnements contraignants sans véritable solution alternative, alors que le froid magnétique peut apporter des solutions crédibles au remplacement des compresseurs. Après un rappel du contexte et de l'effet magnétocalorique, l'article se focalise sur les spécifications marchés, les contraintes d'industrialisation et de coûts, et les prototypes rotatifs industrialisés et leurs composants. Des perspectives d'évolution vers des puissances plus élevées sont avancées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Christian MULLER : Directeur de recherche dans le domaine du froid magnétique - Président de la société Cooltech Applications
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Guillaume BRUMPTER : Ingénieur conception en systèmes de froid magnétique - Ingénieur en mécanique de l'ENIM,Cooltech Applications
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Lhassan ELOUAD : Docteur en sciences - Ingénieur de recherches pour les sciences fondamentales - Ingénieur essais, Cooltech Applications
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Jean-Baptiste POLMARD : Ingénieur en mécanique énergie – UHP Nancy 1 - Ingénieur de recherches - Ingénieur essais, Cooltech Applications
INTRODUCTION
Le domaine de la réfrigération et de la climatisation recouvre des secteurs d'applications larges, multiples et diversifiés (tant industriels que grand public). C'est également un marché fortement porteur, en progression régulière de 2 à 4 % par an.
Le froid, nécessaire à l'économie et à la société moderne pour l'alimentation, la santé et le confort (réfrigération, climatisation…) est majoritairement produit par des systèmes basés sur le principe thermodynamique classique de compression et de détente d'un fluide.
Cette technologie, datant des années 1880, est mature et bien maîtrisée. Elle est régulièrement confrontée à un environnement réglementaire et sociétal qui devient très contraignant. (voir articles [BE 9 720] et [BE 9 723]).
Le froid magnétique peut apporter des réponses crédibles aux industriels et utilisateurs en recherche de solutions alternatives aux systèmes de compression de gaz (compresseurs à gaz actuels).
Les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante ont atteint le stade du développement industriel.
1881. Découverte par Warburg de l'effet magnétocalorique. Propriétés des matériaux = variation de température sous l'action d'un champ magnétique.
1949. Prix nobel de chimie. Reconnaissance scientifique = élargissement et intérêt accru pour des travaux de recherche.
1980. Preuve du concept. Écarts de température (spans) importants et mesurés de plus de 45 oC avec du gadolinium en utilisant des aimants supraconducteurs (B > 7 T).
1994. Progression des performances des aimants permanents de type NdFeB (Néodyme Fer Bore) permettant des applications industrielles et des innovations importantes dans le froid magnétique (par exemple : B > 1,2 T avec des aimants standard).
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4. Structure générale d'un appareil rotatif de réfrigération
4.1 Architecture globale
4.1.1 Modélisations et simulations
Ce paragraphe est consacré à la présentation succincte de modèles numériques existants qui ont pour objet l'étude des régénérateurs magnétiques actifs AMR.
Le cœur d'une machine de réfrigération magnétique est son régénérateur (AMR) constitué d'un matériau magnétocalorique seul, ou de plusieurs matériaux magnétocaloriques, ou encore, le plus souvent, constitué d'alliages de matériaux magnétocaloriques avec différentes températures de Curie (T C).
L'étude du comportement du régénérateur actif est essentielle pour la compréhension et pour l'optimisation de processus de réfrigération magnétique.
Le comportement d'un régénérateur est très complexe car caractérisé par un fonctionnement en régime transitoire et par un couplage fort thermique- fluidique-magnétique-mécanique.
Par conséquent, c'est la simulation multiphysique qui est tout particulièrement privilégiée pour la recherche des solutions et applications en ingénierie.
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L'évolution de la température dans le temps et dans l'espace, aussi bien pour le solide que pour le fluide, due au transfert de chaleur, à la variation de l'état thermodynamique du solide (MMC) à cause de l'application de champ magnétique et la distorsion du champ magnétique dû à la présence du régénérateur dans le circuit magnétique, doivent être modélisées.
Le but final de la simulation d'un régénérateur...
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BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Flux 3D http://www.cedrat.com/fr/software/flux.html
Fem 4.0 http://www.femm.info/wiki/HomePage
CFX http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+CFX
Comsol http://www.comsol.com/
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THERMAG : conférence internationale sur le froid magnétique, organisé par l'IIFIIR, a lieu tous les deux ans http://thermagv.grenoble.cnrs.fr
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