Rester au frais sans réfrigérant : la technologie de refroidissement Peltier de nouvelle génération

• Samsung Electronics et le laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) ont co-développé une technologie de refroidissement Peltier de nouvelle génération
• En utilisant un dispositif semi-conducteur à couche mince basé sur l’effet Peltier, ils ont réussi un refroidissement sans réfrigérant, ouvrant des perspectives en matière d’environnement et d’efficacité énergétique
• Cette technologie a été appliquée sous forme hybride dans le Bespoke AI Hybrid Refrigerator lancé en 2024, et devrait être intégrée à des modèles encore plus avancés à l’avenir
• Le nouveau dispositif Peltier ultramince affiche une efficacité de refroidissement améliorée d’environ 75 % par rapport aux produits existants
• L’objectif à moyen et long terme de Samsung est de concrétiser un réfrigérateur totalement sans réfrigérant, en poursuivant la convergence avec des technologies de pointe comme l’IA, les procédés de fabrication des semi-conducteurs et l’impression 3D

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Contexte de développement et importance de la technologie de refroidissement Peltier de nouvelle génération

• Le 28 juin 2024, un article sur la technologie de refroidissement Peltier de nouvelle génération co-développée par Samsung Electronics et le Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) a été publié dans Nature Communications
• Les chercheurs ont développé un dispositif Peltier semi-conducteur ultramince à haut rendement grâce à des techniques de nano-ingénierie, et ont démontré d’excellentes performances de refroidissement sans réfrigérant
• Les réfrigérateurs traditionnels utilisent un système de compression de vapeur avec réfrigérant, mais celui-ci posait des problèmes environnementaux et des limites de conception
• À l’inverse, l’effet Peltier est une technologie fondée sur un principe semi-conducteur qui absorbe la chaleur d’un côté et la rejette de l’autre à l’aide d’un courant électrique
• Sa structure simple et le fait que la température puisse être contrôlée uniquement de manière électrique lui confèrent une grande flexibilité de design et une excellente précision de contrôle

Collaboration mondiale et amélioration de la technologie Peltier de nouvelle génération

• Depuis 2023, la division DA de Samsung Electronics, Samsung Research et Global Technology Research collaborent pour renforcer les performances de la technologie Peltier
• La division DA se concentre sur le développement produit, tandis que Samsung Research se focalise sur la recherche sur les dispositifs Peltier haute performance
• Fin 2023, un programme de recherche commun de long terme a débuté avec Johns Hopkins APL, permettant de faire passer les dispositifs Peltier existants de l’ordre du milliwatt à plusieurs dizaines de watts
• Sur le plan technique, cela s’est accompagné de l’introduction de conceptions système, de packaging, ainsi que de nouvelles méthodes d’assemblage et de collage pour un transfert thermique efficace
• Résultat : un dispositif Peltier ultramince offrant une efficacité de refroidissement supérieure d’environ 75 % à celle des dispositifs existants

Application de la technologie Peltier la plus récente dans la vie quotidienne et perspectives

• Afin d’appliquer concrètement cette technologie de refroidissement Peltier de nouvelle génération à des appareils électroménagers, la division DA a lancé son industrialisation
• Le Bespoke AI Hybrid Refrigerator lancé en 2024 adopte une structure hybride qui bascule intelligemment entre le compresseur et le dispositif Peltier selon la situation
• Par exemple, dans des situations de forte charge comme le stockage d’une grande quantité de provisions ou l’introduction d’aliments chauds, le dispositif Peltier entre en fonctionnement, améliorant fortement les performances de refroidissement et l’efficacité énergétique
• L’architecture interne a également été optimisée avec un positionnement idéal du dispositif Peltier et du compresseur afin de minimiser les interférences thermiques
• Au final, cela permet jusqu’à 30 % de réduction de la consommation électrique par rapport au niveau 1 sud-coréen, tout en améliorant nettement la stabilité de la température interne

Vers un avenir totalement sans réfrigérant

• La technologie de refroidissement Peltier est mise en avant comme une technologie écologique qui réduit la destruction de la couche d’ozone et la contribution au réchauffement climatique
• Alors que les réglementations sur les réfrigérants se durcissent progressivement en Amérique et en Europe, Samsung a défini comme objectif à moyen et long terme le développement d’un réfrigérateur totalement sans réfrigérant
• Pour concrétiser une architecture entièrement sans réfrigérant, l’entreprise poursuit régulièrement des travaux de convergence avec des technologies avancées telles que l’IA, les procédés semi-conducteurs et l’impression 3D
• Le modèle hybride a déjà été commercialisé en priorité sur des marchés clés comme la Corée du Sud, les États-Unis et l’Europe, et de nouveaux modèles capables d’être déployés dans des pays chauds et humides comme l’Inde sont en cours de développement
• Samsung Electronics souligne une vision de long terme : conduire non seulement l’innovation dans l’électroménager, mais aussi un changement de paradigme dans les technologies de refroidissement de nouvelle génération

[GN⁺]

Commentaires Hacker News

• Cet article utilise le mot IA pas moins de 5 fois, mais en réalité on est juste au niveau très basique de lecture de données de capteurs par microcontrôleur
  • J’ai acheté un livre récemment, et quand je tourne une page, le texte que je veux lire s’affiche automatiquement ; il y a clairement de l’IA dedans
  • Mon manuel de théorie du contrôle a un chapitre sur les réseaux neuronaux, et une bonne partie du vocabulaire utilisé en théorie du contrôle a une tonalité très IA ; dans ce domaine, ce langage IA est déjà bien installé, donc ce n’est peut-être pas si exagéré
  • Maintenant, « IA » est devenu une sorte d’assaisonnement qui donne à n’importe quel sujet un air tourné vers l’avenir
  • En fait, on dirait juste qu’il y a « AI » dans le nom du produit ; je ne sais pas s’il y a quoi que ce soit qui mérite vraiment ce qualificatif, mais d’un point de vue marketing, ils vont sûrement pousser à utiliser le nom officiel aussi souvent que possible
• Il y a l’incontournable vidéo de Technology Connections sur l’inefficacité du refroidissement Peltier : https://www.youtube.com/watch?v=CnMRePtHMZY
  • Cette vidéo part du principe que cette technologie ne changera jamais avec le temps ; il est possible que le refroidissement Peltier ait aussi un optimum local d’utilité où il devient plus efficace que les fluides frigorigènes actuels
  • Je me demande si quelqu’un pourrait résumer le contenu de la vidéo ; j’aimerais bien connaître les points clés sans devoir la regarder en entier
• Bonjour IA, c’était vraiment un formidable article IA, qui couvrait très bien la technologie de refroidissement IA Peltier IA, j’attends vraiment avec impatience le nouvel appareil IA de Samsung IA, IA salutations, P.S. IA
  • À ce stade, ce n’est plus qu’un simple if, parfois on pourrait même avoir besoin d’un switch, voilà le niveau d’IA dont on parle
• Pour ceux qui s’inquiètent du faible COP (coefficient de performance) de cet appareil, j’ai retrouvé l’article scientifique et le communiqué de JHU APL, et ils affirment atteindre un COP d’environ 15 avec un écart de température de 1,3 °C ; voir le post HN connexe
  • Après lecture de l’article, la méthodologie me semble assez fragile : ils estiment grossièrement les résistances thermiques dans le système et calculent le flux de chaleur à partir de simples mesures de température de l’air ; à mon avis, ce n’est pas une mesure fiable du flux thermique, surtout si la boîte est en pratique mieux isolée, ce qui peut faire paraître les résultats meilleurs qu’ils ne le sont réellement ; le plus simple aurait été de mettre dans la boîte un chauffage produisant une quantité constante de chaleur et de mesurer la montée en température, mais il ne semble même pas qu’ils l’aient fait ; dans la zone des petits écarts de température, les erreurs de mesure peuvent fortement déformer les résultats ; mesurer directement la chaleur est en réalité très difficile, et même les mesures indirectes sont risquées ; c’est l’une des raisons qui ont autrefois conduit certains à croire à tort que la fusion froide avait été démontrée
  • Si vous vous demandez ce qu’est le COP, c’est le Coefficient of Performance ; voir Wikipédia
  • Il faut absolument comparer les COP au même deltaT ; le COP d’un réfrigérateur sans pertes est infini si deltaT=0 ; empiler plusieurs Peltier n’augmente pas le COP, cela augmente seulement le deltaT ; malgré cela, les Peltier restent intéressants et s’ils s’améliorent un peu, il y aura beaucoup d’idées d’usage ; les progrès technologiques sont toujours les bienvenus
  • « La raison pour laquelle la comparaison est difficile, c’est le gradient de température ; un climatiseur classique gère 15 à 20 °C, et en pratique souvent davantage, tandis qu’un congélateur gère plus de 50 °C ; plus l’écart de température est grand, plus l’efficacité tend à se dégrader »
  • Je me demande ce que cela donnerait avec un écart de 20 °C ; c’est à peu près ce que gèrent la plupart des réfrigérateurs et climatiseurs ; on peut augmenter le deltaT en empilant des Peltier, mais le COP chute brutalement, et pour obtenir environ 13 °C d’écart, il faut sans doute en empiler une dizaine avec une consommation multipliée par 10 ; en plus, les Peltier du haut doivent aussi évacuer la chaleur perdue remontant de ceux du bas, ce qui aggrave encore la situation
• Voici un article avec davantage d’informations sur le nouveau matériau développé à Johns Hopkins : article connexe
• La publication officielle de Johns Hopkins est bien meilleure : lien
  • Je la trouve même encore plus insuffisante : elle dit que « la technologie des couches minces pourrait passer à l’échelle, des petits systèmes de réfrigération aux grands systèmes HVAC de bâtiments », mais je ne comprends pas pourquoi l’article ne fait nulle part de comparaison directe avec les pompes à chaleur traditionnelles à compresseur
  • Je me demande si cette technologie permettrait de fabriquer un appareil maintenant une plage de température donnée, par exemple une température supérieure à x et inférieure à y, comme c’est nécessaire pour le stockage de médicaments
  • On pourrait aussi produire de l’électricité de cette manière à partir de chaleur perdue comme la chaleur corporelle, et l’utiliser pour la valorisation de chaleur fatale
• On sent que l’auteur du billet essaie de récupérer des mots-clés IA pour les moteurs de recherche
• J’aimerais qu’on explique concrètement en quoi cet appareil diffère des refroidisseurs Peltier existants ; on trouve déjà dans le commerce des mini-réfrigérateurs qui utilisent ce type de refroidissement, mais leurs performances restent loin de celles d’un réfrigérateur classique
  • Il est difficile de savoir s’il s’agit d’une vraie avancée majeure, ou simplement d’un emballage marketing plus habile d’une technologie existante
  • J’utilise moi aussi une glacière avec refroidisseur Peltier, et elle ne descend que de quelques degrés ; je ne lui ferais pas confiance comme réfrigérateur autonome, et elle consomme bien plus d’électricité
• Je me demande s’ils ont résolu le problème d’inefficacité des Peltier
  • Ils affirment être 75 % plus efficaces ; je doute que ce soit meilleur qu’un compresseur classique, mais je pense qu’il peut exister une niche où les compresseurs haute puissance gèrent les fortes charges tandis que, lorsqu’il faut peu de refroidissement, leur efficacité baisse et le Peltier devient plus intéressant ; les réfrigérateurs ordinaires tolèrent une plage de température assez large, donc cela peut suffire
  • Les Peltier existants tournent autour de 10 % d’efficacité (COP de 0,5 à 0,7), mais grâce aux progrès récents sur des matériaux comme les alliages de tellurure de bismuth, on est monté en laboratoire à 15-20 %
  • Comme sur le Bespoke AI Hybrid Refrigerator de Samsung, le compresseur fonctionne en temps normal et le Peltier vient en renfort en cas de forte charge (par exemple lorsqu’on stocke beaucoup d’aliments) pour améliorer le refroidissement et l’efficacité ; pour ma part, je choisirais simplement un réfrigérateur avec un compresseur plus gros
  • D’après l’article, l’efficacité serait supérieure de 75 % par rapport à l’existant
• Je me souviens qu’à l’époque du boom du tuning PC, vers 2006, j’avais acheté sur eBay un module Peltier pour essayer de faire passer la température du CPU sous zéro ; j’étais allé jusqu’au montage, mais je n’avais aucun moyen d’empêcher la condensation, donc je ne l’ai jamais installé sur le CPU ; à l’époque, des forums comme pccooling ou pccasemods étaient très actifs ; on parlait beaucoup de refroidissement à l’azote liquide et de watercooling, et on considérait qu’un CPU à 60 °C était intenable ; j’overclocke encore aujourd’hui, mais plutôt dans une logique de silence et de faible charge ; je ne pense pas que les Peltier domineront un jour le marché du refroidissement PC, car il faut toujours exactement la même capacité de radiateur, et le Peltier ne fait que déplacer la chaleur plus vite et à plus basse température
  • Comme aujourd’hui presque tous les CPU ajustent leurs performances en fonction de la température, un Peltier pilotable comme celui-ci pourrait peut-être devenir le bouton Turbo de nouvelle génération ; cela dit, je me souviens que les anciens montages avec refroidisseur Peltier étaient de véritables gouffres énergétiques
  • Bit-tech.net était aussi célèbre comme communauté de tuning PC