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Machines thermoacoustiques
ratoire de Los Alamos et le gazier Praxair [32], actuelle-
ment en cours de développement, qui consiste à mettre
au point une machine thermoacoustique d’une puissance
réfrigérante de 7 kW embarquée sur les méthaniers, qui
permettrait de liquéfier le méthane (-164 °C à la pression
atmosphérique) en utilisant la combustion d’environ 30%
de ce même gaz pour liquéfier les 70 % restants.
Refroidissement de composants électroniques
Les flux de chaleur qu’il est nécessaire d’extraire de compo-
sants électroniques tels que les microprocesseurs peuvent
atteindre aujourd’hui 50 W/cm
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et ne cessent d’augmen-
ter, les densités d’intégration sur puces silicium et les
cadences d’horloge des microprocesseurs allant toujours
croissant. Les systèmes actuellement utilisés pour assu-
rer cette extraction de chaleur (cellules à effet Peltier,
ventilateurs, caloducs, etc.) restent encore de dimen-
sions trop importantes en regard de celles, de plus en
plus réduites, des composants à refroidir. La miniaturisa-
tion de ces divers systèmes fait donc l’objet de nombreu-
ses études, tant sur le plan fondamental (les systèmes
étudiés révélant des comportements non conventionnels
au delà d’un certain degré de miniaturisation) que sur le
plan technologique (mise au point de processus de fabri-
cation adaptés aux exigences requises par cette extrême
miniaturisation).
C’est dans ce contexte que des recherches ont été enga-
gées depuis le début des années 2000 sur la miniaturisa-
tion des systèmes thermoacoustiques, notamment aux
Etats Unis, en Chine et en France. Quelques prototypes de
moteurs ou réfrigérateurs thermoacoustiques de dimen-
sions décimétriques (figure 5) ont été réalisés [13, 33-36],
et plusieurs brevets ont été déposés [37, 38]. Ces systè-
mes fonctionnent pour la plupart à des fréquences élevées,
proches de l’ultrasonore, en raison des dimensions rédui-
tes des résonateurs. Leur principale faiblesse reste pour
l’heure un rendement (ou une efficacité) insuffisant(e) en
regard des applications visées. C’est l’un des buts des
recherches en cours que d’améliorer les performances
de ces systèmes thermoacoustiques miniatures.
Fig. 5 : Prototype de réfrigérateur thermoacoustique
de dimensions réduites (LMFA, ECL)
Autres applications
Comme les autres types de machines thermiques, les
machines thermoacoustiques peuvent être utilisées pour
produire de la puissance électrique. Quelques études et
prototypes ont ainsi été réalisés en ce sens. Par exemple,
un générateur d’ondes thermoacoustique peut être utilisé
pour fournir l’énergie mécanique suffisante au mouve-
ment de pistons, qui reliés à un alternateur, permettent de
produire un courant électrique alternatif [39]. La produc-
tion d’énergie électrique peut également être envisagée
par l’usage, comme fluide de travail, d’un métal liquide
[40], ou bien par l’usage d’un liquide conducteur comme
piston oscillant [41], de telle sorte que les oscillations de
liquide à travers un transducteur magnétohydrodynamique
permettent de produire de l’énergie électrique.
Outre ses applications directes en énergétique, il existe
également d’autres utilisations possibles de l’effet ther-
moacoustique, comme par exemple la séparation d’un
mélange de deux composants gazeux de masses molai-
res significativement différentes [42], ou encore l’utili-
sation de l’effet thermoacoustique à des fins métrologi-
ques (estimation d’une pression acoustique à partir de la
mesure d’un gradient de température [43], estimation de
coefficients d’échanges thermiques, etc.)
Enfin, pour terminer cette revue, le lecteur intéressé par
les aspects ludique et didactique de ces machines thermi-
ques exotiques pourra se reporter aux références [44] et
[45], où les méthodes de réalisation à moindre coût d’un
moteur (figure 6) et d’un réfrigérateur (figure 7) thermoa-
coustiques de démonstration sont décrites.
Fig. 6 : Moteur thermoacoustique de démonstration (LAUM)