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Jul 15, 2023

Les faisceaux de plasma pourraient refroidir les objets en un éclair

Les chercheurs ont développé un « rayon gelant » qui s'appuie sur des bizarreries thermodynamiques pour refroidir ses cibles. Par Andrew Paul | Publié le 3 août 2023 à 12 h 00 HAE L'air terrestre est souvent un environnement décent et pratique.

Les chercheurs ont développé un « rayon gelant » qui s'appuie sur des bizarreries thermodynamiques pour refroidir ses cibles.

Par Andrew Paul | Publié le 3 août 2023 à 12h00 HAE

L'air terrestre constitue souvent un liquide de refroidissement efficace et pratique pour les systèmes électroniques des avions militaires, tandis que les eaux océaniques fonctionnent de la même manière pour les navires de guerre. Mais aucune des deux sources n'est exactement disponible à mesure que l'on s'éloigne de la surface de la planète, par exemple la haute atmosphère et l'espace extra-atmosphérique. Là-bas, il est beaucoup plus difficile de maintenir les composants électroniques à des températures sûres, étant donné que le liquide de refroidissement est lourd et occupe un espace précieux à bord. Selon de nouvelles découvertes récemment publiées dans ACS Nano, une aide potentielle pourrait être trouvée en exploitant le plasma – ironiquement, la même matière qui compose les étoiles et les éclairs.

Des chercheurs du laboratoire d'expériences et de simulations en génie thermique (ExSITE) de l'Université de Virginie ont découvert un moyen extrêmement prometteur et inédit de refroidir rapidement les surfaces : les rayons du plasma « gelent ».

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Utiliser le plasma pour abaisser les températures peut sembler contre-intuitif (après tout, le plasma peut facilement chauffer jusqu'à 45 000 degrés Fahrenheit, voire plus), mais selon l'ingénieur en mécanique et aérospatiale Patrick Hopkins, le tir d'un jet concentré de matière dans le quatrième état peut offrir des résultats thermodynamiques incroyablement intéressants.

"Ce dans quoi je me spécialise, c'est de faire des mesures de température très, très rapides et vraiment très petites", a récemment expliqué Hopkins. "Ainsi, lorsque nous avons allumé le plasma, nous avons pu mesurer la température immédiatement à l'endroit où le plasma a frappé, puis voir comment la surface a changé."

Au cours de leurs expériences, l'équipe de Hopkin a tiré un jet violet de plasma généré par l'hélium à travers une fine aiguille recouverte de céramique sur une cible plaquée or. Ils ont ensuite mesuré les effets sur la surface de la cible à l’aide d’instruments microscopiques spécialisés et personnalisés, pour ensuite enregistrer des résultats incroyables.

"Nous avons d'abord vu la surface se refroidir, puis elle se réchauffait", a déclaré Hopkins.

Après des tests et des observations répétés du phénomène, l'équipe a déterminé que le faisceau de plasma devait d'abord frapper une micro-fine couche de molécules de carbone et d'eau, ce qui évaporerait rapidement le revêtement, un peu comme ce qui se produit lorsque vous séchez à l'air libre après être sorti d'une piscine. L'été. Ou, plus simplement, Hopkins fait transpirer les matériaux.

« L’évaporation des molécules d’eau sur le corps nécessite de l’énergie ; cela prend de l'énergie au corps, et c'est pourquoi vous avez froid », a déclaré Hopkins. "Dans ce cas, le plasma arrache les [molécules] absorbées, l'énergie est libérée et c'est ce qui refroidit."

Les chercheurs ont mesuré une baisse de température pouvant atteindre quelques degrés pendant quelques microsecondes, ce qui n’est peut-être pas impressionnant à l’échelle humaine, mais une telle différence pourrait être extrêmement utile dans des appareils électroniques et des instruments délicats et très avancés. À l'avenir, l'équipe de Hopkins expérimente à la fois différents gaz plasmatiques, ainsi que leur impact sur différents matériaux comme le cuivre et les semi-conducteurs. À terme, les chercheurs envisagent un moment où les bras robotiques pourront localiser les points chauds dans les appareils à refroidir via de minuscules tirs de plasma provenant d'une électrode.

« Ce jet de plasma est comme un faisceau laser ; c'est comme un éclair », a déclaré Hopkins. "Cela peut être extrêmement localisé."

Andrew Paul est le rédacteur de Popular Science qui couvre l'actualité technologique. Auparavant, il était un collaborateur régulier de The AV Club et d'Input, et ses travaux récents ont également été présentés par Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC, ainsi que McSweeney's Internet Tendency. Il vit à l'extérieur d'Indianapolis.