Utilisation de KNO3, KCl et NaCl comme matériaux à changement de phase dans le réfrigérateur pour économiser de l'énergie

Pourquoi le froid caché de votre réfrigérateur compte

Les réfrigérateurs domestiques fonctionnent silencieusement jour et nuit, souvent dans des cuisines chaudes, et représentent une part surprenante de la consommation électrique d'un foyer. Cette étude explore une idée simple au fort potentiel : glisser un mince paquet de matériau de refroidissement spécial sous le congélateur pour que le frigo puisse stocker du froid et traverser les variations de température en roue libre. En tirant mieux parti du froid stocké, l'appareil peut maintenir une température plus stable intérieurement, supporter de courtes coupures de courant et réduire la facture d'électricité sans modifier nos habitudes d'utilisation.

Stocker le froid comme une batterie

Les chercheurs se sont intéressés aux matériaux à changement de phase, des substances qui absorbent ou libèrent de grandes quantités de chaleur en fondant et en congelant, un peu comme la glace lorsqu'elle devient eau. Plutôt que de repenser entièrement le réfrigérateur, ils ont construit un contenant plat en acier inoxydable qui se place sous les serpentins de l'évaporateur sans voler d'espace sur les étagères. Ils ont rempli ce pack avec de l'eau seule ou avec de l'eau contenant de faibles quantités (10 pour cent en masse) de sels courants : nitrate de potassium (KNO3), chlorure de sodium (NaCl) et chlorure de potassium (KCl). Ces mélanges ont été choisis parce qu'ils gèlent et fondent quelques degrés en dessous de zéro, proches de la température normale d'un congélateur, ce qui leur permet de stocker et de restituer discrètement du froid pendant les cycles du réfrigérateur.

Essais en conditions réelles dans une pièce chaude

Pour mesurer l'effet de ce stockage de froid caché, l'équipe a testé un réfrigérateur standard monoporte de 289 litres fonctionnant avec un réfrigérant courant (R-134a). Ils l'ont placé dans une enceinte bien contrôlée maintenue à 32 °C et humidité modérée, simulant une cuisine d'été. Des capteurs de précision ont enregistré les températures à de nombreux points : à l'intérieur du congélateur, du compartiment principal, du bac à légumes, de la porte, ainsi que sur les surfaces du condenseur et du compresseur. Ils ont aussi mesuré la consommation électrique et les pressions dans le circuit frigorifique. Huit scénarios ont été comparés : pas de matériau à changement de phase, eau seule, et les trois mélanges sel–eau, chacun testé à deux volumes (1 litre et 1,5 litre) dans le contenant.

Aliments plus frais et fonctionnement plus doux

Les packs à changement de phase ont clairement atténué les variations de température. Dans le congélateur, tous les mélanges salins ont maintenu l'air plus froid et plus stable qu'en l'absence de pack, tandis que le reste du réfrigérateur a vu une baisse moyenne d'environ 1 à 3 °C. Le bac à légumes a été refroidi jusqu'à environ 22 % de mieux par rapport à la référence, ce qui aide à conserver les produits frais. Même si le pack était placé sous le congélateur, il a indirectement refroidi et stabilisé les températures dans le compartiment principal et au niveau de la porte en absorbant des pointes de chaleur puis en restituant lentement du froid. Parallèlement, le point médian du condenseur et la surface du compresseur ont fonctionné quelques degrés plus froids, signe que l'appareil travaillait moins intensément et subissait un stress thermique réduit.

Économies d'énergie et résistance aux coupures de courant

Parce que les matériaux à changement de phase ont absorbé une partie de la charge de refroidissement, le compresseur a pu s'arrêter plus fréquemment. Dans le meilleur cas, l'utilisation d'1 litre du mélange KNO3 a réduit le temps de fonctionnement quotidien du compresseur de 7,1 %. Cela s'est traduit par une baisse de 8,6 % de la consommation électrique par rapport au réfrigérateur sans pack. Les mélanges KCl et NaCl ont également permis des économies, légèrement moindres, tandis que l'eau seule n'a offert que des gains modestes. Lors d'une coupure de courant simulée d'une heure, les réfrigérateurs équipés de packs ont maintenu le congélateur en dessous de zéro pendant environ une demi-heure et ont conservé le compartiment réfrigérateur jusqu'à 2 °C plus frais que l'unité non modifiée, gagnant ainsi du temps avant que les aliments ne se réchauffent.

Quel mélange est le plus efficace et pourquoi cela importe

Parmi toutes les options testées, la solution KNO3 d'1 litre a offert le meilleur compromis global : elle a augmenté le coefficient de performance du réfrigérateur d'environ 12 % et a fourni les plus importantes économies d'énergie. Les packs plus volumineux de 1,5 litre ont aidé à uniformiser encore davantage les températures des compartiments mais n'ont pas amélioré autant la consommation électrique, car l'excès de matériau peut devenir un fardeau thermique une fois totalement fondu ou gelé. Pour le grand public, la conclusion est simple : un pack de stockage de froid mince et bien choisi, intégré près du congélateur, peut rendre un réfrigérateur ordinaire plus frais à l'intérieur, mieux protéger les aliments lors des coupures et moins coûteux à exploiter. Ce travail suggère que les fabricants pourraient intégrer de tels packs utilisant des sels peu coûteux pour réduire la demande énergétique domestique et soutenir des objectifs plus larges d'économie d'énergie et de lutte contre le changement climatique.

Citation: Samir, S., Salem, M., Mohamed, A.S.A. et al. Utilizing of KNO₃, KCl, and NaCl as phase change materials within the refrigerator for energy saving. Sci Rep 16, 9815 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41662-5

Mots-clés: réfrigérateurs économes en énergie, matériaux à changement de phase, stockage thermique, refroidissement domestique, économies d'électricité