Publié par Adrien le Mercredi 23/11/2022 à 13:00

Un nouveau liquide ionique magnétocalorique pour réfrigérer en toute sécurité

Les matériaux magnétocaloriques (MMCs) sont des solides magnétiques dont la température change sous l’action d’un champ magnétique. Cet "effet magnétocalorique" présente un intérêt tout particulier dans les systèmes réfrigérants, surtout lorsqu’il s’agit d’atteindre de très basses températures pour lesquelles les gaz réfrigérants classiquement utilisés dans nos frigos sont inadaptés. Dans une étude parue dans la revue ChemPhysChem, des scientifiques de l’IC de Strasbourg et de l’IPCMS (CNRS/UNISTRA) proposent une formulation sans précédent à base d’un liquide ionique magnétocalorique.

Un liquide ionique à base de complexes de gadolinium comme nouveau matériaux réfrigérant magnétocalorique.
© Athanassios K. Boudalis.

L’effet magnétocalorique décrit le changement de température d’une substance magnétique en réponse à l’application ou à la suppression d’un champ magnétique. Sa découverte, attribuée au physicien allemand Emil Warburg, remonte à 1881. Pour certains matériaux, cet effet est suffisamment grand pour être concrètement exploité dans des systèmes réfrigérants. Dans ce cas, le cycle thermodynamique de compression/détente du gaz frigorigène exploité dans les systèmes de refroidissement conventionnels est remplacé par un cycle thermomagnétique d’aimantation/désaimantation d’un MMC qui joue le rôle de réfrigérant. Cette alternative potentiellement plus souple, moins dangereuse et moins polluante que les technologies classiques de production de froid suscite un intérêt croissant alimenté par des matériaux de plus en plus performants et une meilleure compréhension de leur comportement.

Outre leurs propriétés thermodynamiques intrinsèques, l’efficacité des MMCs dans des systèmes réfrigérants repose essentiellement sur leur bon contact avec les surfaces des échangeurs thermiques. La plupart des MMCs étant des solides souvent friables, ce contact doit être assuré par l’intermédiaire de "graisses thermiques" dans lesquelles sont dilués les MMCs. En terme de performance, l’idéal serait cependant de pouvoir éviter la préparation de mélanges et utiliser les MMCs purs.

Pour répondre à ce problème, une équipe de chimistes et physiciens des Instituts de Chimie de Strasbourg et Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) proposent d’exploiter la chimie des complexes métalliques magnétiques et les propriétés exceptionnelles des liquides Ioniques (LIs). Ils ont ainsi préparé un complexe de gadolinium(III) (Gd) qui constitue le premier LI magnétocalorique. Cette formulation "2 en 1" réunit l’effet magnétocalorique du Gd au contact thermique amélioré d’un liquide/verre comparé aux MMCs solides pour atteindre des propriétés inégalées.

Référence:
A Magnetocaloric Glass from an Ionic-Liquid Gadolinium Complex
Seda Kartal, Guillaume Rogez, Jérôme Robert, Benoît Heinrich et Athanassios K. Boudalis, ChemPhysChem, 2022, 23, e202200213.
https://doi.org/10.1002/cphc.202200213
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