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Objectif : créer un réfrigérateur/congélateur fonctionnant sans source d'énergie apparente.
Principe : Il est d'observation courante qu'un corps suffisamment chauffé émet de la lumière : par exemple un morceau de fer. À très haute température, le fer émet de la lumière blanche (il est chauffé à blanc). Plus la température baisse, plus la couleur émise devient rouge. En continuant de baisser la température, il arrive un moment où la lumière rouge émise sort du cadre de la lumière visible : le fer n'arrête cependant pas d'émettre de la lumière, mais celle-ci est infrarouge, donc invisible à l'œil nu. D'un point de vue plus général, tout corps rayonne de la lumière (qu'elle soit visible ou non). Aux températures auxquelles nous nous trouvons (entre -50°C et 50°C par exemple), le rayonnement est majoritairement infrarouge. Ce phénomène physique est appelé rayonnement du corps noir.
Cependant, émettre de la lumière c'est perdre de l'énergie, et donc baisser en température : c'est ce phénomène physique qui permet le fonctionnement de réfrigérateur/congélateur passif par rayonnement. En effet, dès que l'on dispose d'un corps quelconque, il rayonne et sa température va baisser. Afin de constituer un réfrigérateur, il est donc indispensable de mettre en œuvre toute une structure autour de ce corps de manière à conserver sa fraîcheur.
Il faut l'isoler donc. L'isoler du sol et de l'air alentour qui sont chauds (ou du moins qui seront chauds par rapport au corps qui aura refroidi). Il faut donc disposer notre corps noir dans une caisse correctement isolée. Voila l'idée générale du refroidissement passif par rayonnement.
Pour mieux voir les choses, il suffit de considérer le système constitué de l'objet et du ciel. Le ciel est à une température basse et rayonne lui aussi. Lorsqu'un corps chaud est placé au contact d'un corps plus froid, on remarque un flux de chaleur entre les deux qui tend à uniformiser les températures des deux corps. Ici c'est le même phénomène qui se passe, mais le flux d'énergie est transmis par rayonnement. Il faut imaginer le corps être « en contact » avec le ciel et donc tenter de refroidir à sa température (mais il n'y arrivera jamais puisqu'il y a des apports thermiques parasites dus au sol et à l'air notamment).
On voit clairement que pour fonctionner il ne doit pas y avoir d'obstacles entre le corps et le ciel : le réfrigérateur ne fonctionnera qu'en extérieur, sans bâtiments ou arbres élevés autour et surtout sans nuages. Ces conditions sont assez restrictives mais le prix de la réalisation est si faible que cela peut être intéressant dans certains cas.
En pratique, pour réaliser un réfrigérateur passif par rayonnement, il faut :
- réaliser une caisse isolée (une caisse à 5 faces dont les rebords sont inclinés d'un angle de 15° par rapport à la verticale).
- disposer de l'aluminium (ménager) sur les parois internes de la caisse.
- diposer sur le fond de la caisse un corps se rapprochant idéalement du corps noir (une plaque d'aluminium recouverte de noir de bougie ou encore une plaque d'aluminium recouverte d'une couche de plâtre ou encore un miroir).
- recouvrir le haut du réceptacle avec du polyéthylène (ou tout autre plastique transparent aux infrarouges - le polyéthylène est employé comme plastique d'emballage donc très facile à trouver).
- placer le tout à l'extérieur, en situation dégagée (pas de bâtiments ou d'arbres hauts à côté) et par nuit sans nuages.
La différence de température obtenue dépend de l'isolation donnée à la caisse mais aussi de la température extérieure. Pour
donner un ordre d'idée, une caisse en bois contreplaqué de 1 cm et 1 cm de polystyrène comme isolant interne permet un
refroidissement de 5 à 8°C.
Une étude détaillée de ce système de réfrigération est disponible sur le site http://froid.port5.com/ .
