Comment faire du froid avec du chaud ?

La magie paradoxale : Produire du froid à partir de la chaleur

L’idée de créer du froid en utilisant de la chaleur peut sembler paradoxale, voire impossible. Pourtant, cette prouesse est non seulement réalisable, mais elle est au cœur de nombreuses technologies de refroidissement, notamment les absorbeurs. Contrairement aux systèmes frigorifiques classiques qui utilisent des compresseurs et des fluides frigorigènes, les absorbeurs exploitent le principe de l’absorption-désorption pour générer du froid, un processus subtil qui tire parti des propriétés thermodynamiques spécifiques de certains composés chimiques.

Au cœur de ce système se trouve une solution liquide, un mélange qui a la capacité d’absorber une grande quantité de chaleur lorsqu’il se vaporise, et de la restituer en se condensant. On utilise généralement des solutions aqueuses, dont la composition détermine la plage de températures atteintes. Le bromure de lithium, par exemple, est un choix courant pour obtenir des températures positives, généralement entre 7 et 12°C, tandis que l’ammoniac permet d’atteindre des températures négatives, oscillant entre -7 et -4°C.

Le cycle fonctionne en plusieurs étapes :

1. Absorption: La solution (bromure de lithium ou ammoniac) à faible concentration en réfrigérant (eau dans le cas du bromure de lithium, ou un autre réfrigérant pour l’ammoniac) est chauffée. Cette chaleur provoque l’évaporation du réfrigérant, qui est ensuite absorbé par la solution concentrée. Ce processus d’absorption génère une solution riche en réfrigérant.

2. Désorption: La solution riche en réfrigérant est ensuite dirigée vers un générateur, où elle est chauffée à une température plus élevée. Cette chaleur supplémentaire provoque la désorption, c’est-à-dire la libération du réfrigérant sous forme de vapeur. Cette vapeur, désormais à haute pression, est ensuite refroidie.

3. Condensation: La vapeur de réfrigérant à haute pression est ensuite refroidie dans un condenseur. Ce refroidissement provoque la condensation de la vapeur en liquide, libérant de la chaleur vers l’environnement. Ce liquide, sous haute pression, est ensuite détendu.

4. Évaporateur: La détente du liquide de réfrigérant dans l’évaporateur provoque son évaporation à basse pression. Cette évaporation absorbe de la chaleur de l’environnement, créant ainsi l’effet de refroidissement souhaité. Le réfrigérant, désormais sous forme de vapeur à basse pression, est ensuite absorbé par la solution faiblement concentrée, fermant la boucle.

Le point crucial est que la chaleur utilisée pour chauffer la solution dans les étapes 1 et 2 ne disparaît pas : elle est simplement transférée et utilisée pour propulser le cycle. La chaleur initialement introduite permet finalement d’extraire de la chaleur de l’environnement à refroidir. C’est une remarquable transformation énergétique.

L’utilisation des absorbeurs présente des avantages, notamment une absence de compresseurs (ce qui réduit le bruit et la maintenance), et l’utilisation de fluides frigorigènes moins nocifs pour l’environnement que certains utilisés dans les systèmes classiques. Néanmoins, leur efficacité énergétique est généralement inférieure à celle des systèmes à compression, et ils requièrent une source de chaleur constante. L’intégration d’énergies renouvelables comme la solaire thermique ouvre des perspectives intéressantes pour une utilisation durable de cette technologie. En conclusion, la production de froid à partir de chaleur, bien que contre-intuitive, est une réalité technique fascinante et prometteuse pour les applications de refroidissement, notamment dans les contextes où l’accès à l’électricité est limité ou coûteux.