Comment refroidir un objet sans utiliser d'énergie

Rhett Allain

Cet été a été chaud – l’un des plus chauds jamais enregistrés – et il va probablement continuer à devenir de plus en plus chaud. J'ai l'impression que nous arrivons au point où la climatisation n'est pas seulement quelque chose d'agréable, c'est une nécessité. Il existe plusieurs façons de rafraîchir les choses, mais la méthode la plus courante consiste à utiliser un compresseur et un réfrigérant. Cependant, ces unités de climatisation traditionnelles sont difficiles (et coûteuses) à réparer et consomment beaucoup d’électricité. Aux États-Unis, en 2022, 10 % de la consommation d’énergie du pays était consacrée au refroidissement de l’air. C'est beaucoup.

Nous devons vraiment réfléchir à d’autres moyens de réduire la chaleur. Il existe une autre façon de diminuer la température d’un objet, et elle ne nécessite même pas d’énergie ou de carburant. C'est ce qu'on appelle le refroidissement radiatif. En utilisant les bons matériaux, vous pouvez faire en sorte qu’un objet rayonne plus d’énergie qu’il n’en absorbe, ce qui fera baisser sa température de quelques degrés. Cela semble trop beau pour être vrai, mais cela fonctionne, grâce à des idées de physique très intéressantes.

Tout émet de la lumière, ce qui signifie que tout peut transférer de l'énergie thermique. Cela peut paraître bizarre, mais commençons par penser aux ampoules. Il existe plusieurs façons de faire émettre de la lumière à un objet, mais la méthode la plus simple consiste simplement à le rendre très chaud. C'est ce qui se passe avec les ampoules à incandescence traditionnelles : un courant électrique traverse un filament à l'intérieur de l'ampoule et rend le filament si chaud qu'il brille. (Cette température est d'environ 3 600 degrés Fahrenheit.) C'est simple, c'est pourquoi ce type d'ampoule existe depuis plus de 100 ans.

Mais qu’en est-il des choses qui ne sont pas très piquantes, comme une pomme de terre, votre paire de chaussures préférée ou une poignée de porte ? Oui, ils produisent également un type de lumière.

N'oubliez pas que la lumière est une onde électromagnétique et que toutes ces ondes se propagent à la vitesse de la lumière (3 x 108 m/s) mais avec des longueurs d'onde différentes. Si la longueur d’onde de cette onde électromagnétique est comprise entre 400 et 700 nanomètres, alors nous appelons cela lumière visible, et elle est détectable à l’œil humain. Cette pomme de terre (à température ambiante) produit des ondes électromagnétiques d’une intensité maximale de 9,8 micromètres. Nous appelons cette région du spectre électromagnétique la lumière infrarouge. Vous ne pouvez pas le détecter avec vos yeux, mais nous pouvons produire une image avec une caméra infrarouge.

Voici un exemple de mon chien. Comme il est un peu plus chaud que son environnement, il produit des longueurs d'onde de lumière légèrement différentes. Cela signifie que dans une image infrarouge, il ne se fond pas seulement dans l'arrière-plan.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Julien Chokkattu

Matt Simon

Il existe trois manières pour les objets d'avoir une interaction thermique avec d'autres objets. La méthode la plus courante est la conduction thermique. Cela se produit lorsque deux objets de températures différentes sont en contact et que l'énergie thermique est transférée de l'objet le plus chaud à l'objet le plus froid, comme lorsque vous tenez une canette de soda froid dans votre main. La canette se réchauffe et votre main se refroidit.

La prochaine méthode de transfert de chaleur est la convection et elle ne fonctionne qu'avec des gaz et des fluides. Prenons l'air comme exemple. Supposons que vous disposiez d’une source de chaleur comme une cuisinière. L’air à proximité du brûleur du poêle augmentera en température grâce à une interaction de conduction thermique. Cet air plus chaud aura désormais une densité inférieure à celle de l’air plus froid au-dessus. Il augmentera et de l'air plus froid prendra sa place. Ensuite, l'air chaud peut avoir une autre interaction de conduction thermique avec les éléments situés au-dessus, comme peut-être le plafond. Le transfert indirect de chaleur du poêle vers le plafond est la convection.

Le troisième type d’interaction thermique est le rayonnement, et c’est celui que nous souhaitons réellement. Lorsqu'un objet chaud émet un rayonnement infrarouge, ce rayonnement peut être absorbé par d'autres objets. C'est exactement ainsi que fonctionne votre four. Vous mettez des choses que vous souhaitez cuisiner à l’intérieur et les éléments chauffants deviennent très chauds, produisant un rayonnement thermique. (Oui, c'est la même chose que l'infrarouge.) La nourriture l'absorbe et augmente sa température.