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Drastically reduced use of rare earths in applications of magnetocalorics

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Vers un refroidissement magnétique à température ambiante

Exploitant l'effet magnétocalorique, des chercheurs financés par l'UE ont affiné les technologies de refroidissement magnétique existantes pour utiliser efficacement les terres rares dotées de propriétés magnétiques uniques.

Technologies industrielles

La technique de refroidissement la plus courante repose sur la compression de vapeur et comprend le changement de phase d'un réfrigérant de l'état gazeux à l'état liquide et inversement. Bien que mature, cette technique est caractérisée par une efficacité énergétique plutôt faible. En outre, les substances utilisées risquent d'être interdites dans l'avenir. Au cours des dernières années, plusieurs nouvelles technologies alternatives ont été proposées pour la réfrigération, la climatisation et même la production d'électricité. Le refroidissement magnétique (également appelé magnétocalorique) s'est avéré l'alternative présentant la meilleure efficacité énergétique en conditions expérimentales. Le projet DRREAM (Drastically reduced use of rare earths in applications of magnetocalorics), financé par l'UE, s'est penché sur les progrès technologiques nécessaires pour que le refroidissement magnétique puisse prendre pied sur certains marchés de niche. Les chercheurs ne s'attendaient pas à un remplacement généralisé de la technologie de compression de gaz. Avec le refroidissement magnétique, l'application d'un champ magnétique chauffera le matériau de travail. Ce processus est analogue à la phase de compression dans la réfrigération par compression de vapeur. La chaleur produite en raison de l'effet magnétocalorique doit ensuite être rejetée (de façon analogue à la condensation). Auparavant, le matériau le plus souvent utilisé pour le refroidissement magnétique était le gadolinium, un métal relativement rare qui est un ferromagnétique puissant. L'équipe de DRREAM a étudié les composés La(FeSi)13 et leurs hydrures, les candidats les plus prometteurs pour le refroidissement magnétique à température ambiante. En recherchant le matériau le plus approprié, DRREAM a élaboré des outils de pointe pour étudier les changements de phase d'alliages de fer contenant du lanthane ainsi que de matériaux sans terres rares. Avec l'utilisation de la diffraction neutronique à haute résolution, ils ont testé des théories ab initio du magnétisme à température ambiante. Fait important, les pièces produites en utilisant des techniques différentes ont été examinées en fonction de leurs propriétés thermomagnétiques. Les chercheurs ont effectué la démonstration de régénérateurs améliorant de 50 % les performances de refroidissement des réfrigérateurs. Le résultat final du projet a été de réduire la quantité de terres rares utilisées dans les futurs réfrigérateurs magnétiques domestiques. Plus précisément, une meilleure compréhension des matériaux magnétocaloriques sans terres rares devrait permettre de réduire à la fois l'utilisation des matières premières et les coûts de cette technologie.

Mots‑clés

Refroidissement magnétique, magnétocalorique, terres rares, DRREAM, lanthane

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