Publié le 16 février 2026. Des chercheurs internationaux ont franchi une étape décisive dans le développement d’une technologie de refroidissement plus durable et performante, en minimisant les pertes d’énergie dans les systèmes de refroidissement magnétique.
- Une nouvelle approche de la conception des matériaux permet de réduire considérablement l’hystérésis, un facteur de dégradation des performances dans le refroidissement magnétique.
- Le matériau développé, un composé à base de gadolinium et de germanium, double la capacité de changement de température adiabatique réversible, passant de 3,8 à 8 degrés Celsius.
- Cette avancée ouvre la voie à des réfrigérants magnétiques plus efficaces et à des applications dans la liquéfaction des gaz, notamment l’hydrogène, l’azote et le gaz naturel.
Les climatiseurs et réfrigérateurs traditionnels, basés sur le cycle de compression de vapeur, utilisent des réfrigérants qui contribuent significativement au réchauffement climatique. Le refroidissement magnétique, quant à lui, exploite l’effet magnétocalorique (EMC) – un phénomène par lequel certains matériaux modifient leur température lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique – et représente une alternative plus respectueuse de l’environnement. Cependant, jusqu’à présent, le développement de cette technologie se heurtait à un obstacle majeur : les matériaux offrant des performances de refroidissement élevées étaient souvent affectés par des pertes d’énergie irréversibles, dues à l’hystérésis, ce qui limitait leur efficacité à long terme.
L’équipe de recherche, regroupant des scientifiques du NIMS (Institut national de science des matériaux) au Japon, de la TU Darmstadt (Université technique de Darmstadt) en Allemagne, et d’autres institutions de renom, a résolu ce problème en se concentrant sur la manipulation des liaisons atomiques au sein des matériaux. En ajustant précisément la composition chimique, ils ont réussi à minimiser ces pertes d’énergie. Leurs travaux, publiés dans la revue Advanced Materials, portent sur un composé spécifique : le Gd5Ge4, un alliage de gadolinium et de germanium. Ce matériau se réchauffe lorsque les minuscules « spins » magnétiques de ses atomes s’alignent sous l’influence d’un champ magnétique externe.
Les chercheurs ont identifié que la dégradation des performances du Gd5Ge4 était liée à des transitions structurelles qui se produisaient lors des changements magnétiques. Plus précisément, les variations de la distance entre les atomes de germanium reliant les couches atomiques de la structure cristalline contribuaient à l’hystérésis et à la perte d’efficacité lors de cycles répétés. Pour contrer cet effet, l’équipe a substitué une partie du germanium par de l’étain, modifiant ainsi la liaison covalente du matériau. Cette modification chimique a permis de stabiliser la distance entre les couches de la structure cristalline, réduisant ainsi les déplacements atomiques responsables de la dégradation.
Les résultats sont significatifs : le matériau modifié conserve ses performances de refroidissement sur de nombreux cycles, tout en augmentant de manière spectaculaire le changement de température adiabatique réversible, passant de 3,8 degrés Celsius à 8 degrés Celsius. Cette avancée améliore à la fois l’effet magnétocalorique et la durabilité globale du matériau. Grâce à son efficacité à des températures extrêmement basses, allant d’environ -233°C à -113°C, ce nouveau matériau est particulièrement prometteur pour la liquéfaction des gaz tels que l’hydrogène, l’azote et le gaz naturel, contribuant ainsi au développement de technologies de liquéfaction plus écologiques.
Le consortium prévoit désormais d’étendre cette méthodologie à d’autres composés, dans le but d’élargir l’application de cette technologie à divers domaines de la réfrigération et de la liquéfaction des gaz. Cette recherche est le fruit d’une collaboration internationale étroite entre l’Institut national de science des matériaux (NIMS) et l’Institut de technologie de Kyoto (KIT) au Japon, l’Institut japonais de recherche sur le rayonnement synchrotron (JASRI), l’Université de Hyogo et l’Université du Tohoku au Japon, ainsi que l’Université technique de Darmstadt en Allemagne.
Source : Université technique de Darmstadt