En utilisant un système d'intelligence artificielle, des chercheurs de l'EPFL ont mis au point une méthode pour concevoir les compresseurs destinés aux pompes à chaleur de demain. Elles devraient consommer 25% d'électricité en moins.

En Suisse, 50% à 60 % des nouvelles habitations sont équipées de pompes à chaleur. Ces dispositifs transforment la chaleur présente dans l'environnement, le sol, l'air, l'eau d'un lac ou d'une rivière en énergie de chauffage, a indiqué mercredi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Potentiel d'amélioration

Performantes et écologiques, les pompes à chaleur (PAC) ont pourtant un potentiel d'amélioration important. En remplaçant leurs compresseurs volumétriques par des micro-turbocompresseurs dix fois plus petits et plus performants, elles pourraient réduire leur impact climatique et leur consommation en électricité de 20% à 25%. Mais l'intégration de ces micro-turbocompresseurs n'est pas simple. Cela est dû principalement à leur faible taille, moins de 20 mm de diamètre, et à leur haute vitesse de rotation, au-delà des 200'000 tours/minute.

A la Faculté des sciences et techniques de l'EPFL, dans le Laboratoire de conception mécanique appliquée situé à Microcity à Neuchâtel, l'équipe de Jürg Schiffmann a mis au point un outil pour faciliter et accélérer l'implantation de ces systèmes dans les PAC de demain.

En utilisant une approche de «machine learning», les chercheurs ont développé des équations simples pour déterminer très rapidement les dimensions d'un micro-turbocompresseur pour une pompe à chaleur donnée. Leur recherche a été récompensée d'un Best Paper Award lors de la conférence 2019 de la Société américaine des ingénieurs en mécanique.

1500 fois plus rapide

Cette nouvelle approche simplifie considérablement la première étape de conception des turbocompresseurs, où l'on définit grossièrement le design idéal de la machine (taille et vitesse de rotation). Jusqu'à présent, les chercheurs utilisaient des cartes de design indicatives.

Or ces cartes ne sont pas précises lorsque la taille des turbocompresseurs diminue. Elles ne suffisent pas non plus face aux progrès technologiques actuels. Violette Mounier et Cyril Picard, doctorants de l'EPFL, ont trouvé le moyen de les remplacer.

Ils ont fourni les résultats de 500'000 simulations à des algorithmes de type «machine learning», et ont obtenu des équations qui reproduisent l'approche des cartes. Avec des avantages: en plus d'être adapté aux turbocompresseurs de faible taille, leur système est aussi détaillé que des simulations plus complexes, tout en étant 1500 fois plus rapide. La méthode permet également de sauter des étapes.

Les avantages des microcompresseurs

Les micro-turbocompresseurs, tournant à quelques centaines de milliers de tours/minute sur palier à gaz, présentent notamment l'avantage de se passer d'huile. Les frottements sont minimisés par la formation de «coussins de gaz» entre les éléments tournants et leurs supports.

A l'étude depuis de nombreuses années, cette technologie est maintenant jugée mature. Des entreprises ont déjà montré leur intérêt pour une commercialisation, indique Jürg Schiffmann, cité dans le communiqué.

ats