Des matériaux nouveaux pour les procédés industriels critiques
Les échangeurs de chaleur permettent littéralement de déplacer la chaleur d'une substance à une autre. Ils sont utilisés pour ajouter ou supprimer la chaleur dans les procédés. Les échangeurs de chaleur peuvent prendre plusieurs formes, mais ils se composent pour la plupart d'un solide qui sépare deux milieux fluides. Lorsque l'écart de température est faible entre les deux milieux, des surfaces d'échange plus grandes sont nécessaires pour assurer l'efficacité de l'échange de chaleur. Cependant, il est souvent impossible économiquement et/ou techniquement de mettre en œuvre des surfaces de grande taille. Avec de nouveaux nanomatériaux, les scientifiques travaillant sur le projet Thermonano («Low-temperature heat exchangers based on thermally-conducting polymer nanocomposites») financé par l'UE sont en train de résoudre ce problème qui limite l'efficacité des procédés. Des matériaux d'échange intégrant des polymères remplis de nanomatériaux sont actuellement conçus pour assurer une conductivité thermique efficace (plus la conductivité par unité de surface est élevée, moins d'espace est nécessaire pour la conduction de chaleur) et réduire les coûts par rapport aux métaux classiques. Parmi les autres avantages attendus, mentionnons la flexibilité de conception pour l'exploitation en volume, une excellente résistance à la corrosion et une condensation en gouttes très efficace. Les scientifiques ont créé et sélectionné un certain nombre de matériaux polymères et de nanocharges au cours de la première année, notamment des nanotubes de carbone (NTC) et des nanoparticules (NP) revêtues de métal. Les scientifiques ont étudié la modification des nanotubes de carbone pour déterminer le comportement de certains paramètres. La métallisation d'argent (accumulation d'une couche de métal) des substrats, notamment des paillettes de verre, des nanofibres (wollastonite), des paillettes de polyamide et des fibres de cellulose, a été également réalisée pour produire des nanoparticules revêtues de métal pour les charges. Les particules conductrices sélectionnées, notamment des nanotubes de carbone et des nanoparticules revêtues de métal, ont été incorporées dans des polymères thermoplastiques (des polymères qui peuvent être refondus et recyclés indéfiniment). Des études de caractérisation détaillées ont permis de mieux comprendre les effets des nanoparticules métalliques et leur concentration dans les polymères. On a constaté que la résistance de contact entre les nanoparticules adjacentes conduisant à une baisse de la température à chaque point de contact était le principal facteur entravant l'efficacité de l'échange thermique. Le projet Thermonano a développé de nouvelles conceptions pour les échangeurs de chaleur à base de nanocomposites polymères qui conviennent aux faibles écarts de température. L'exploitation commerciale des concepts du projet Thermonano peut contribuer à augmenter l'efficacité des processus d'un certain nombre d'applications industrielles. Ces applications comprennent notamment les échangeurs thermiques intermédiaires pour les moteurs diesel de grande taille, la récupération de chaleur provenant des gaz de combustion et les procédés chimiques impliquant des produits chimiques agressifs ou des environnements corrosifs.
