Une avancée dans le transfert de chaleur : des chercheurs augmentent la performance de condensation de 5,5 fois
Des chercheurs ont mis au point un nouveau revêtement de surface capable d’accroître la performance de transfert de chaleur par condensation jusqu’à 5,5 fois par rapport aux surfaces en cuivre conventionnelles. Cette technologie facilite la formation et le détachement rapide des gouttelettes d’eau, ce qui pourrait améliorer l’efficacité énergétique dans les centrales électriques et les installations de dessalement, tout en optimisant le refroidissement des dispositifs électroniques.
Le 23 août, l’Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST) a annoncé qu’une équipe conjointe dirigée par le professeur Youngsuk Nam du Département de génie mécanique et le professeur Sung Gap Im du Département de génie chimique et biomoléculaire avait développé cette technologie en contrôlant soigneusement l’épaisseur et la structure d’un revêtement polymère ultrafin. Ce revêtement favorise l’apparition de gouttelettes lorsque la vapeur d’eau se condense et facilite leur détachement de la surface.
La condensation, qui se produit lorsque la vapeur d’eau se transforme en eau liquide, joue un rôle essentiel dans divers processus industriels, tels que la conversion de la vapeur en eau dans les centrales électriques, la production d’eau douce à partir d’eau de mer et l’évacuation de la chaleur des équipements électroniques. Pour que ces systèmes fonctionnent efficacement, l’eau condensée doit être rapidement éliminée de la surface. Sur des surfaces métalliques ordinaires, les petites gouttelettes fusionnent souvent pour former un film continu d’eau, ce qui réduit l’efficacité du transfert de chaleur.
Le processus de condensation le plus efficace se produit lorsque l’eau reste sous forme de gouttelettes individuelles qui se forment et se détachent de manière répétée, connu sous le nom de condensation par gouttes. Les chercheurs ont résolu un problème clé lié à la conception des surfaces, qui doit équilibrer la formation de gouttelettes et leur mobilité. En utilisant des agrégats polymères à l’échelle nanométrique, auparavant considérés comme des « défauts », ils ont créé un revêtement qui favorise la formation de gouttelettes tout en permettant leur détachement rapide.
Les tests réalisés sur des tubes en cuivre, couramment utilisés dans les condensateurs, ont montré que le coefficient de transfert de chaleur par condensation atteignait environ 88 kW·m⁻²·K⁻¹, représentant une performance jusqu’à 5,5 fois supérieure à celle d’une surface en cuivre conventionnelle recouverte d’un film d’eau. De plus, ce nouveau revêtement a montré une performance plus de 50 % supérieure à celle des surfaces hydrophobes conventionnelles.
Si cette technologie est adoptée dans les centrales électriques ou les échangeurs de chaleur industriels, elle pourrait améliorer l’efficacité énergétique en permettant un meilleur transfert de chaleur. Elle pourrait également optimiser la collecte d’eau dans les dispositifs de dessalement et de récolte d’eau, tout en offrant un meilleur refroidissement pour les équipements électroniques.
Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications et soutenus par plusieurs programmes de recherche en Corée du Sud.
Source : KAIST.
