Refroidissement radiatif : les économies d’énergie au clair de lune

Associer le refroidissement radiatif et le stockage en chaleur latente : cette idée de l’entreprise Iterraea a déjà permis de construire des entrepôts frais dans des sones désertiques sèches.
Elle peut aussi être exploitée en logistique sous des climats tempérés.

Photo: Le grenier réalisé en codéveloppement par Iterrea et des entreprises locales du Burkina Faso. Le toit de cette structure traditionnelle est constituée de caissons qui découvert la nuit emmagasinent du froid pour conserver des récoltes..

L’entreprise ne sera concrètement créée qu’en janvier 2008, mais Yasmina et Pascal Fayet oeuvrent déjà comme une société de recherche et développement avec leurs concepts et leurs brevets déposés depuis juin 2006. Leurs travaux sur la production de froid sans électricité et sans système thermodynamique les ont amené à réaliser un premier grenier au Burkina Faso dans le cadre de l’opération « Les greniers du Sahel ». Leur initiative est suivie par des organismes aussi prestigieux que l’ONU ou la Banque Mondiale. Ce travail sur le développement du rafraîchissement radiatif repose sur les travaux de Felix Trombes, pionnier des formes de production d’énergie alternatives comme les fours solaires, qui avait mis en évidence son potentiel au début des années 60. Le principe est assez simple à observer : par temps clair, la nuit, la terre reçoit en grande quantité le froid issu de l’espace où règne le 0 absolu, c'est-à-dire 0 K ou -273 °C. Ces froid radiatif est efficacement transmis par le rayonnement infrarouge court (8-13 µm) par des nuits claires et par temps secs ; ils peuvent alors être absorbés par un corps noir. Un phénomène que l’on observe dans les déserts, à la lune rousse ou lors des quelques nuits de printemps dits des saints de glace… Il fait depuis longtemps l’objet de recherches pour l’exploiter, avec notamment la création d’enveloppes thermiques pour capter ce froid et le restituer.

Le but est par exemple de concevoir pour des pays peu ou non équipés en réseaux d’alimentation en énergie – pays en voie de développement, zones désertiques – des installations de conservation des récoltes et des aliments. Par une température nocturne de 28°C, il est possible d’obtenir une ambiance intérieure entre 10 et 15 °C dans un volume de 100 m3 sur une surface au sol de 130 m2. Soit de 30 à 80 W/m2.

Capteurs et matériaux à changement de phase

Mais le simple « captage » thermique par chargement des structures ne suffit pas : encore faut-il trouver la solutions pour lisser les pointes de températures quotidiennes ou saisonnières. Et c’est là que Iterrae développe un concept innovant : l’association d’un système exploitant le froid radiatif avec une structure composée de matériaux à changement de phase – aussi appelé le stockage en chaleur – et arriver de cette façon à mettre au point une véritable réserve thermique. En fait, Yasmina et Pascal Fayet se posent en véritables maîtres d’œuvre dans ce domaine.
Et forts de leur solution, ils ne vont plus seulement voir les pays émergeant d’Afrique, d’Inde, du Moyen Orient ou d’Amérique Latine, mais offrent aussi des solutions aux concepteurs et exploitants d’installations logistiques sous des latitudes tempérées. Dans ce cas, les arguments portent sur la réduction et la maîtrise des consommations d’énergie. Le premier travail a donc consisté à mettre au point le meilleur capteur pour les bâtiments à réfrigérer. Pour jouer le rôle du corps noir absorbeur de frigories, Pascal Fayet opte pour l’aluminium anodisé noir ; comme matériau de stockage de chaleur, il a recours à du graphite naturel expansé chargé de matériau à changement de phase (alcane ou paraffine). Présenté en plaques d’une conductivité thermique de 50 W/mK, il peut être mis en œuvre selon l’épaisseur nécessaire pour jouer son rôle de lissage de température. Pour simplifier la pose, Iterrae a imaginé des caissons formant des capteurs de froid et qui se composeraient de la manière suivante : - un caisson en aluminium ; - le chargement en matériau à changement de phase ; - une tôle d’aluminium anodisé noir ; - un revêtement en polyéthylène ; - et une couverture amovible opaque qui sera fermée le jour et retirée la nuit.

Du concept à la maîtrise d’œuvre

Si, dans le cas de l’installation sur des bâtiments dans des zones désertiques, Iterrae engage des opération de codéveloppement local, en revanche, avec les industriels à qui elle apporte ce savoir faire, elle propose une offre de service couplée à l’achat d’une licence du brevet. Dans ce dernier cas, son offre de service comprend l’analyse des caractéristiques météo locales, la rédaction du cahier des charges de l’installation de froid incluant une technologie traditionnelle (chillers) et son concept, son dimensionnement. Ici, l’objectif est de réduire les consommations d’énergie et de développer des ouvrages intégrant structurellement la fonction de production de froid. Le travail d’Iterrae est pris au sérieux par les spécialistes de la chaîne thermodynamique du CNAM (Arts et Métiers) ; le Centre de recherche sur les matériaux de haute température du CNRS fait aussi partie du réseau de recherche ; un groupe industriel européen du secteur du chauffage intéressé par une diversification technologique est intéressé par le concept. Enfin, Iterrae a répondu à l’appel d’offre de l’Agence nationale de la recherche (ANR) pour réaliser une opération grandeur nature.

BR

Renseignements : www.iterrae.org, et mail : info@iterrae.org