Machine frigorifique magnétocalorique

L’effet magnétocalorique (EMC) est un effet qui est associé à l’exposition, puis au retrait d’un matériau magnétique dans un champ magnétique. Cet effet a été mis en évidence en 1881 par Warburg. Cette description sommaire implique que soit le matériau magnétique circule alternativement dans et hors champ magnétique, ce qui est possible avec des slurries comportant en suspension des matériaux magnétiques, soit que l’aimant, de préférence permanent, change de position de manière alternée. Il existe de tels dispositifs rotatifs.







La figure 6.18 montre le cycle de fonctionnement qui est un cycle de transfert de chaleur alterné (exothermique puis endothermique) en étant dans puis hors du champ magnétique et la figure 6.19 montre un des premiers prototypes.

Le matériau magnétique sélectionné pour fonctionner à des températures proches de l’ambiance est le gadolinium ou des alliages de ce matériau.

Il est à noter qu’il faut des champs magnétiques d’au moins 2 Tesla avec des aimants permanents pour obtenir des résultats significatifs. Pour obtenir de telles intensités magnétiques, la qualité des matériaux et l’utilisation de terres rares est indispensable, ce qui amène obligatoirement à effectuer une analyse de cycle de vie des matériaux utilisés. Il en va de même du gadolinium qui est aussi une terre rare. Les recherches matériaux portent justement sur le remplacement du gadolinium par d’autres alliages. Le coefficient de performance est très sensible aux écarts de températures qui sont liés à la fois au point de curie du matériau et à la variation de susceptibilité magnétique du matériau en fonction de la température.

La puissance frigorifique obtenue jusqu’à alors est de l’ordre de 1 kW.

La puissance électrique fournie est de 800 W pour produire ce kW, pour un écart de températures de 12 °C entre la source et le puits selon les données publiées par Engelbrecht.

Le COP est de 1,2 tel que mesuré. Les COP envisagés, en prenant en compte l’ensemble des auxiliaires, sont du même ordre de grandeur que ceux des systèmes à compression de vapeur.

L’entreprise française Cooltech, qui existe depuis 2003, vient de faire une levée de fonds de 8 M€ pour le développement du froid magnétique et revendique un effectif de 30 personnes. Pour l’instant, aucun prototype fonctionnel n’a été présenté. Sur l’échelle TRL (Technologie Readiness Level) qui comporte neuf niveaux, TRL 1 étant la preuve de concept élémentaire et TRL 9 l’industrialisation, le froid magnétique est à un TRL de 2 à 3.

Les coûts des composants sont élevés compte tenu de la nature des matériaux.

Le champ d’application potentiel est le petit froid commercial à température positive pour les produits.