Cette découverte, réalisée par l'équipe du professeur Peng Wang à l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah, répond à un défi majeur de notre époque. Alors que le réchauffement climatique intensifie les vagues de chaleur et que plus de 700 millions de personnes vivent sans accès à l'électricité, ces scientifiques ont développé une technologie révolutionnaire baptisée Nescod (acronyme pour no electricity and sustainable cooling on-demand). Ce système exploite les propriétés physiques du nitrate d'ammonium pour créer du froid sans consommer d'énergie électrique.

Le nitrate d'ammonium, un sel aux propriétés exceptionnelles

Le principe de fonctionnement repose sur un phénomène chimique captivant : la dissolution endothermique. Contrairement aux réactions qui dégagent de la chaleur, certaines transformations en absorbent depuis leur environnement. C'est exactement ce qui se produit quand le nitrate d'ammonium se dissout dans l'eau.

Les équipes de Kaust ont testé plusieurs types de sels pour identifier le plus efficace. Le nitrate d'ammonium s'est imposé grâce à sa solubilité exceptionnelle : 1 180 grammes par litre dans une eau à 0 °C, et jusqu'à 8 710 grammes par litre dans une eau à 100 °C. Cette caractéristique lui confère un pouvoir refroidissant quatre fois supérieur à celui du chlorure d'ammonium, son concurrent direct.

L'avantage de ce composé ne s'arrête pas à ses performances. Largement utilisé dans l'industrie des engrais, le nitrate d'ammonium reste accessible financièrement et facile à stocker. Sa conservation à long terme ne pose aucune difficulté technique particulière, ce qui facilite son déploiement dans des régions isolées.

La demande de refroidissement est exponentielle. Cette innovation répondrait particulièrement aux besoins des populations vivant hors réseau électrique dans des climats chauds et ensoleillés. © Jacob Wackerhausen, iStock

Des performances remarquables lors des tests

Les expérimentations menées par l'équipe ont révélé des résultats impressionnants. Dans un récipient métallique isolé thermiquement par une boîte en polystyrène, l'eau additionnée de nitrate d'ammonium a vu sa température chuter drastiquement. En seulement 20 minutes, elle est passée de 25 à 3,6 °C.

La durabilité de l'effet constitue un autre atout majeur. La température du récipient est restée inférieure à 15 °C pendant plus de 15 heures consécutives. Selon les calculs des chercheurs, la puissance frigorifique du système Nescod pourrait atteindre 191 watts par mètre carré.

Ces performances ouvrent des perspectives d'application variées :

• refroidissement de bâtiments dans les zones rurales ;
• conservation des aliments sans réfrigération électrique ;
• climatisation d'espaces de stockage sensibles à la température ;
• solutions d'urgence lors de coupures d'électricité.

Un cycle de régénération solaire ingénieux

L'innovation ne s'arrête pas au refroidissement initial. Une fois le sel complètement dissous, la chaleur solaire intervient pour évaporer l'eau du contenant. Cette évaporation permet de récupérer les cristaux de nitrate d'ammonium, qui se reforment naturellement et peuvent être réutilisés dans un nouveau cycle de refroidissement.

Cette séparation temporelle entre le refroidissement et la régénération représente un avantage considérable. Elle permet de stocker l'énergie thermique solaire et de l'utiliser selon les besoins, même d'une saison à l'autre. Dans les régions arides, l'eau évaporée peut être récupérée grâce à un distillateur solaire, évitant ainsi tout gaspillage de cette ressource précieuse.

Le système Nescod répond particulièrement aux besoins des populations vivant hors réseau électrique dans des climats chauds et ensoleillés. Ces conditions, souvent perçues comme contraignantes, deviennent ici des atouts pour alimenter naturellement le processus de régénération du système.

Une réponse aux enjeux énergétiques mondiaux

Les chiffres de la consommation énergétique liée au refroidissement sont vertigineux. Les climatiseurs représentent aujourd'hui 9 % de la production électrique mondiale annuelle, un pourcentage qui pourrait grimper à 20 % d'ici 2050. En Arabie saoudite, 70 % de l'électricité estivale est dédiée au refroidissement.

Aux États-Unis, près de 90 % des logements disposent de la climatisation, générant 117 millions de tonnes de dioxyde de carbone chaque année. En Chine, le taux d'équipement urbain est passé de 8 % à 70 % entre 1995 et 2004, avec 64 millions d'unités vendues en 2013 seulement.

Face à ces défis environnementaux et énergétiques, le système de refroidissement sans électricité inventé par les scientifiques saoudiens offre une alternative prometteuse pour réduire notre dépendance aux systèmes conventionnels énergivores.

Cette innovation, dont les travaux de recherche ont été publiés dans Energy and Environmental Science, pourrait bien réformer l'accès au confort thermique dans les régions les plus défavorisées de la Planète.