Le réfrigérateur magnétique écologique.(Au gadolinium)

Des prototypes de frigo utilisant le son ou encore la réfrigération thermoélectrique sont à l’étude mais le refroidissement magnétique est la solution la plus prometteuse. Bien que la technologie ne soit pas nouvelle 1er prototype 2002. Celle-ci à l’avantage d’être beaucoup moins gourmande en consommation électrique, plus écologique et aussi moins bruyante. Le secret est de remplacer le célèbre couple compresseur/gaz par un alliage pouvant changer de température suivant le champs magnétique auquel il est soumit. Le gaz est lui remplacé par un mélange d’eau et d’alcool qui reste infiniment moins nocif que les HFC.

Fondamentalement le fonctionnement global reste le même, on effectue des échanges thermique pour récupérer l’air chaud dans le frigo pour ensuite l’évacuer à l’extérieur. Sauf qu’ici, c’est un barreau de métal qui se déplace sur un rail et communique avec le circuit fermé du frigo.

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Le gadolinium est un métal des terres rares. Il est gris argent, malléable et ductile à la température ambiante.
Il cristallise sous forme hexagonale à température ambiante, mais possède une autre forme allotropique connue sous le nom de forme béta, de structure cubique à corps centré au-dessus de 1508 K.

Le gadolinium est assez stable dans l'air sec. En revanche, il s'oxyde rapidement dans l'air humide. Le gadolinium réagit lentement avec l'eau et est soluble dans les acides dilués.

L'oxyde de gadolinium a été isolé en 1880 par Jean Charles Galissard de Marignac et Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran prépara le métal pur en 1886. Son nom provient du minerai duquel il a été d'abord obtenu, la gadolinite.

Il est ferromagnétique et son point de Curie est 293 K soit environ 20 °C. Il a la plus grande capacité d'absorption des neutrons thermiques des éléments naturels (49000 barns).

Le gadolinium présente une certaine toxicité. En effet, il entre en compétition avec le calcium dans les processus calcium-dépendants du corps humain (respiration, battements du cœur, contraction des muscles, coagulation ...) et peut mener à de graves dommages selon sa concentration. C'est pourquoi les composés du gadolinium qui sont utilisés en médecine comme agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont obligatoirement complexés. Ainsi, leur toxicité est annulée.

Il est aujourd'hui principalement extrait de la monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄) et de la bastnasite ((Ce, La,Y)CO₃F).

La réfrigération magnétique repose sur la propriété physique de certains matériaux magnétiques qui voient leur température intrinsèque s'élever lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique. Ce phénomène dénommé effet magnétocalorique (EMC) est maximum lorsque la température du matériau est proche de sa température de Curie.

Pratiquement, seuls certains matériaux magnétiques tel le gadolinium, l'arsenic ou certains alliages présentent un saut de température suffisant pour pouvoir être exploités dans le domaine du froid magnétique. Ces matériaux possèdent donc un EMC géant.

Les seul corps purs qui possèdent une température de Curie proche de la température ambiante (293K = 20°C) ainsi qu’un EMC géant sont l'arsenic et surtout le gadolinium. C’est pourquoi, ce dernier est souvent utilisé dans les démonstrateurs de « frigo magnétique ». Toutefois, ce matériau est rare et coûteux et l'arsenic, lui, est très toxique.

Mais la récente mise au point d'alliages à base de cobalt, manganèse, silicium et germanium ou de céramiques présentant des propriétés analogues rendent possible la réalisation et la commercialisation à destination du marché grand public de réfrigérateurs magnétiques silencieux et écologiques (absence de gaz destructeur de la couche d'ozone ou toxique) et économiques (haut rendement).