Un moteur thermoacoustique de type Stirling a atteint 49% de la limite de Carnot, un record pour une machine dont la seule pièce active est une colonne de gaz vibrant sous l’effet du son (Tijani et Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011). Ce chiffre couronne une progression amorcée lorsque Los Alamos a montré en 1999 qu’un moteur sans pièce mobile pouvait convertir 30% de sa chaleur en puissance acoustique, dépassant la fourchette de 0,10 à 0,25 des moteurs sans pièce mobile antérieurs (Backhaus et Swift, Nature 1999). Des générateurs fondés sur la même physique délivrent aujourd’hui 15,0 kW d’électricité (Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024), et le cryoréfrigérateur à tube pulsé, cousin de cette technologie, maintient des détecteurs à 58 K sur un satellite de la NASA depuis plus de 17 ans (page NASA JPL AIRS Thermal System). Nous avons agrégé des données issues d’articles du Laboratoire national de Los Alamos parus dans Nature et JASA, du Centre de recherche sur l’énergie des Pays-Bas, de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université du Zhejiang, du NIST, de la NASA et du JPL, ainsi que de travaux évalués par les pairs dans Applied Energy, Energy, Cryogenics et Scientific Reports. Les mêmes champs sonores de forte amplitude qui déplacent ici la chaleur font aussi léviter des gouttelettes en plein air, un sujet que nous suivons dans nos statistiques sur la lévitation acoustique.
Deux termes reviennent tout au long de l’article. Le pourcentage du rendement de Carnot compare une machine réelle au plafond théorique : le rendement de Carnot est le travail maximal qu’un moteur quelconque peut extraire de la chaleur circulant entre une température chaude et une température froide données, de sorte qu’un moteur à 41% de Carnot capte 41% de ce que la physique autorise à ces températures. Onde stationnaire et onde progressive décrit la façon dont le son se déplace : dans un dispositif à onde stationnaire, l’onde fait des allers-retours dans un tube droit et le gaz échange de la chaleur avec les parois avec un retard, ce qui gaspille de l’énergie ; dans un dispositif à onde progressive, l’onde circule dans une boucle et à travers un fin maillage métallique (le régénérateur), si bien que le gaz suit un cycle de Stirling quasi idéal et perd beaucoup moins.
TL;DR
- Un moteur thermoacoustique de type Stirling a atteint 49% du rendement de Carnot, un record pour cette technologie (Tijani et Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011).
- Le moteur à onde progressive de Los Alamos a converti 30% de la chaleur en puissance acoustique (41% de Carnot) à 710 W, soit plus de 50% mieux que les conceptions antérieures à onde stationnaire (Backhaus et Swift, JASA 2000).
- Un générateur électrique thermoacoustique hybride a délivré 15,0 kW, avec un rendement maximal de 39,2% à 11,1 kW (Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024).
- Un générateur à onde progressive à trois étages a produit 4,69 kW avec un rendement thermique-électrique de 15,6% (Bi et al., Applied Energy 2017).
- Un moteur multi-étages en boucle a commencé à osciller avec un écart de température de seulement 17 °C (Jin et al., Scientific Reports 2017).
- Un réfrigérateur thermoacoustique entraîné par la chaleur a atteint un COP de 1,12 avec 2,53 kW de refroidissement, soit 2,7 fois le meilleur résultat précédent (Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024).
- Un refroidisseur coaxial thermoacoustique-Stirling a atteint 25% de Carnot et -54 °C (Tijani et Spoelstra, Cryogenics 2008).
- Les réfrigérateurs à tube pulsé ont atteint 24% de Carnot à 80 K et des températures aussi basses que 2 K (Radebaugh, NIST 2003).
- Les détecteurs de MIRI sur Webb fonctionnent nominalement autour de 6,2 K, refroidis par un prérefroidisseur à tube pulsé à trois étages et une boucle Joule-Thomson (page NASA Webb Cryocooler 2024).
- Les aimants d’IRM conventionnels contiennent environ 1 500 à 2 000 litres d’hélium liquide, alors que les conceptions scellées n’en demandent que 7 ou 0,7 litre (Manso Jimeno et al., revue sur les aimants d’IRM 2022).
1. Rendement chaleur-acoustique : à quel point les moteurs s’approchent de Carnot
Le moteur est le cœur de tout système thermoacoustique : la chaleur entre par une extrémité d’un noyau poreux, et la puissance sonore en sort. Le résultat de Los Alamos en 1999, 30% de rendement thermique ou 41% de Carnot, a placé un moteur sans pièce mobile dans la gamme des machines classiques : le même article de Nature situait les moteurs à combustion interne entre 0,25 et 0,40, et les moteurs Stirling à piston entre 0,20 et 0,38 (Backhaus et Swift, Nature 1999). L’étude détaillée qui a suivi a montré le compromis auquel tout concepteur reste confronté : viser la puissance maximale (890 W) fait chuter le rendement à 0,22 (Backhaus et Swift, JASA 2000).
Le plafond a bougé lentement depuis. Le moteur néerlandais à 49% de Carnot (Tijani et Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011) reste le record le plus cité, et les travaux plus récents se concentrent sur le changement d’échelle : un moteur multi-boucles à quatre étages de 2025 a produit 4 x 2 100 W de puissance acoustique, et ses concepteurs prévoient 60 kW à la pression et à la température de chauffage nominales (Yu et al., Energy 2025). La question n’est plus de savoir si le son peut transporter efficacement la chaleur, mais si ce rendement survit à l’augmentation d’échelle.
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Rendement thermique du moteur thermoacoustique-Stirling de Los Alamos à son point le plus efficace | 0,30 (30%), soit 41% de Carnot | Backhaus et Swift, JASA 2000 |
| Puissance acoustique à ce point le plus efficace | 710 W | Backhaus et Swift, JASA 2000 |
| Puissance acoustique maximale du même moteur, et son rendement à ce point | 890 W pour un rendement de 0,22 | Backhaus et Swift, JASA 2000 |
| Gain de performance de ce moteur à onde progressive par rapport aux moteurs antérieurs à onde stationnaire | Plus de 50% | Backhaus et Swift, JASA 2000 |
| Fourchette de rendement des moteurs thermiques antérieurs sans pièce mobile | 0,10 à 0,25 | Backhaus et Swift, Nature 1999 |
| Rendement record d’un moteur thermoacoustique de type Stirling, en part de Carnot | 49% | Tijani et Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011 |
| Moteur en cascade (1 étage à onde stationnaire plus 2 étages à onde progressive) : puissance acoustique et rendement | Jusqu’à 2 kW à 20% | Gardner et Swift, JASA 2003 |
| Moteur multi-boucles à quatre étages (2025) : rendement de la puissance acoustique en sortie lors des expériences | 16,15%, avec 4 x 2 100 W de puissance acoustique | Yu et al., Energy 2025 |
Note de contexte : les auteurs du moteur en cascade s’attendaient à ce que l’extension de leur conception donne 35% à 40% de Carnot (Gardner et Swift, JASA 2003). Données les plus récentes disponibles pour le record d’un moteur unique : Tijani et Spoelstra, 2011. La conception du résonateur et de l’impédance est aussi l’outil central des métamatériaux acoustiques, l’autre domaine où les ingénieurs façonnent les champs sonores au lieu de les supprimer.
2. Générateurs thermique-électrique : des watts aux 15 kilowatts
Convertir la puissance sonore en électricité ajoute une seconde perte, celle de l’alternateur, de sorte que les chiffres thermique-électrique sont toujours inférieurs aux chiffres chaleur-acoustique. Le générateur de Los Alamos et Northrop Grumman de 2004 a converti 18% de sa chaleur en électricité, contre 7% pour les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes alors utilisés sur les engins spatiaux (ScienceDaily, d’après le Laboratoire national de Los Alamos, 2004). Le moteur de ce générateur fonctionnait à 35,7% de Carnot (Yu, Jaworski et Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010, décrivant Backhaus et al.).
Des groupes chinois ont ensuite porté la puissance au niveau du kilowatt. Un générateur à onde progressive de classe 1 kW a atteint un rendement maximal de 19,8% (Wu et al., Applied Energy 2014), une machine à trois étages a délivré 4,69 kW (Bi et al., Applied Energy 2017), et une conception hybride avec un ressort à gaz placé en aval a atteint 15,0 kW (Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024). Le rendement maximal de 39,2% de l’hybride est le chiffre marquant, mais il utilise un piston et n’est donc pas une machine purement sans pièce mobile.
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Générateur thermoacoustique à onde progressive pour engin spatial : part de la chaleur convertie en électricité, face aux générateurs thermoélectriques à radio-isotopes | 18% contre 7% | ScienceDaily / Laboratoire national de Los Alamos, 2004 |
| Générateur à onde progressive de classe 1 kW : puissance électrique maximale et rendement à cette puissance | 1 043 W à 17,7% | Wu et al., Applied Energy 2014 |
| Même générateur : rendement thermique-électrique maximal et puissance à ce point (4,0 MPa, chauffage à 650 °C) | 19,8% à 970 W | Wu et al., Applied Energy 2014 |
| Générateur à onde progressive à adaptation acoustique (hélium à 3,16 MPa) : puissance maximale et meilleur rendement | 750,4 W ; 0,163 | Wang et al., Energy 2016 |
| Générateur à onde progressive à trois étages (hélium à 6 MPa, chauffage à 650 °C) : puissance maximale et rendement | 4,69 kW à 15,6% | Bi et al., Applied Energy 2017 |
| Même générateur à trois étages : rendement maximal et puissance à ce point | 18,4% à 3,46 kW | Bi et al., Applied Energy 2017 |
| Générateur hybride avec ressort à gaz placé en aval : puissance électrique maximale en sortie | 15,0 kW | Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Même générateur hybride : rendement maximal et puissance à ce point | 39,2% à 11,1 kW | Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024 |
Note sur une valeur atypique : les nouvelles voies de conversion en sont encore à leurs débuts. Un système de 2026 qui place du métal liquide dans le résonateur d’un moteur de type Backhaus-Swift a atteint un rendement thermique de 11,0%, mais seulement 13,5 W de puissance électrique moyenne à une température de chauffage de 885 K (Chen et al., The Innovation Energy 2026).
3. Température de démarrage et chaleur résiduelle de basse température
L’écart de température de démarrage (onset) est le plus petit écart de température de part et d’autre du noyau du moteur pour lequel le gaz se met à osciller de lui-même ; en dessous, le moteur ne produit rien. C’est lui qui décide si une machine peut fonctionner avec les gaz d’échappement d’une usine ou seulement avec une flamme. L’Université du Zhejiang a démarré un moteur multi-étages en boucle avec un écart de seulement 17 °C, un chauffage à 29 °C face à une extrémité froide à 12 °C (Jin et al., Scientific Reports 2017). Le revers est la puissance : le générateur à trois étages du même article a atteint un rendement thermique-électrique maximal de 1,03% à 94 °C, soit environ 5% de Carnot.
L’extrémité à bas coût montre le même compromis. Un prototype de générateur rural construit avec un haut-parleur comme alternateur a démarré à un écart d’environ 210 °C et a délivré 5,17 W à partir de 800 W de chaleur, soit 0,65% au global (Yu, Jaworski et Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010). La thermoacoustique à basse température peut démarrer presque n’importe où ; la rendre rentable reste le problème ouvert.
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Plus faible écart de température de démarrage d’un moteur asymétrique multi-étages en boucle (CO2, 1 ou 1,5 MPa) | 17 °C (chauffage 29 °C, extrémité froide 12 °C) | Jin et al., Scientific Reports 2017 |
| Rendement thermique-électrique maximal du générateur basse température à trois étages, et température de chauffage | 1,03% à 94 °C (environ 5% de Carnot) | Jin et al., Scientific Reports 2017 |
| Température de chauffage généralement nécessaire aux moteurs thermoacoustiques de type Stirling pour un rapport de pression comparable | Supérieure à 600 °C | Jin et al., Scientific Reports 2017 |
| Moteur multi-étages en boucle de de Blok : rendement relatif à Carnot avec une source de chaleur à 99 °C | 38% | Jin et al., Scientific Reports 2017 (citant de Blok) |
| Moteur à onde progressive de de Blok : écart de température de démarrage | 65 K | Yu, Jaworski et Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010 |
| Générateur rural à bas coût : écart de température de démarrage, et électricité tirée de 800 W de chaleur | Environ 210 °C ; 5,17 W (0,65% au global) | Yu, Jaworski et Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010 |
| Générateur à tube en boucle rempli d’air avec un haut-parleur audio du commerce comme alternateur : puissance électrique | 11,6 W | Yu, Jaworski et Backhaus, Applied Energy 2012 |
Note de contexte : un système de récupération de chaleur résiduelle de 2025 rapporte 170 W d’électricité plus 74,73 W de refroidissement à -10 °C à partir d’une source de chaleur à 500 °C, avec un rendement thermique-électrique de 29,22% et un rendement exergétique global de 54,01% tel que défini par ses auteurs (Umar et al., Sustainable Energy Technologies and Assessments 2025). Les auteurs affirment aussi qu’il fonctionne à une température inférieure de 100 à 200 °C à celle des systèmes thermoacoustiques conventionnels. Voir la note sur les données pour comprendre pourquoi ce chiffre de rendement n’est pas directement comparable à la section 2. Données les plus récentes disponibles pour le record de démarrage à 17 °C : Jin et al., 2017. Le prototype à haut-parleur de 11,6 W est documenté dans Applied Energy 2012.
4. Réfrigérateurs thermoacoustiques : COP et pourcentage de Carnot
Faites tourner le moteur à l’envers et le son pompe la chaleur : c’est un réfrigérateur thermoacoustique. Son efficacité est exprimée par le COP (coefficient de performance), le froid fourni par unité d’énergie consommée, ou par le COP rapporté à Carnot. La première génération de refroidisseurs est restée entre 8,5% et 19% de Carnot, de l’unité embarquée SETAC de l’US Navy au dispositif de Penn State achevé en 2005 (Kajurek, Rusowicz et Grzebielec, SN Applied Sciences 2019). Le refroidisseur coaxial à onde progressive, à 25% de Carnot, a presque doublé le meilleur résultat à onde stationnaire (Tijani et Spoelstra, Cryogenics 2008).
Les chiffres les plus récents viennent de machines entraînées par la chaleur, où un moteur thermoacoustique entraîne directement le refroidisseur sans aucune électricité. Une conception à dérivation a atteint un COP de 1,12 avec une source de chaleur à 450 °C, ce qui, selon ses auteurs, dépasse les refroidisseurs à adsorption et les refroidisseurs à absorption à simple effet (Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024). Ce cadrage compte : le concurrent n’est pas l’unité électrique à compression de vapeur d’un logement (voir nos statistiques sur le bruit du condenseur de pompe à chaleur), c’est le refroidisseur alimenté par la chaleur qui fonctionne déjà avec la chaleur résiduelle.
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Réfrigérateur de Hofler (1986) : rendement relatif à Carnot avec une charge thermique de 3 W | 12% de Carnot | Kajurek et al., SN Applied Sciences 2019 (revue) |
| Réfrigérateur thermoacoustique STAR : puissance frigorifique pour une chute de température de 50 °C, et rendement relatif | 3 W ; 16% | Kajurek et al., SN Applied Sciences 2019 (revue) |
| Refroidisseur embarqué SETAC de l’US Navy : puissance frigorifique et rendement relatif à Carnot | Presque 420 W ; 8,5% | Kajurek et al., SN Applied Sciences 2019 (revue) |
| Dispositif de Penn State (hélium-argon à 30 bar) : rendement relatif à Carnot | 19% | Kajurek et al., SN Applied Sciences 2019 (revue) |
| Refroidisseur coaxial thermoacoustique-Stirling : COP relatif à Carnot et température la plus basse | 25% ; -54 °C | Tijani et Spoelstra, Cryogenics 2008 |
| Réfrigérateur entraîné par la chaleur en configuration à dérivation : COP et puissance frigorifique (chaleur à 450 °C, ambiance à 35 °C, refroidissement à 7 °C) | COP 1,12 ; 2,53 kW | Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Même machine : COP par rapport au meilleur réfrigérateur thermoacoustique entraîné par la chaleur précédent | 2,7 fois plus élevé | Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Refroidisseur ultérieur entraîné par la chaleur : COP et puissance frigorifique avec un chauffage à 550 °C | COP 1,34 ; 2,37 kW | Xiao et al., The Innovation Energy 2024 |
Note sur une valeur atypique : le chiffre de 1,34 est présenté comme une hausse de COP de 240% par rapport au meilleur résultat antérieur entraîné par la chaleur sans la nouvelle configuration (Xiao et al., The Innovation Energy 2024). L’équipe de recherche projette aussi un COP potentiel de 2 au-delà de 800 °C, ce qui relève d’une simulation, pas d’une mesure (TechXplore, d’après l’Académie chinoise des sciences, 2024).
5. Cryoréfrigérateurs à tube pulsé : rendement, températures les plus basses et versions entraînées par la chaleur
Un cryoréfrigérateur à tube pulsé est un réfrigérateur pour températures cryogéniques (la plage de froid profond utilisée pour liquéfier les gaz) dont l’extrémité froide n’a aucune pièce mobile : une colonne de gaz oscillante et un petit orifice font le travail qu’un piston ferait autrement. C’est la réussite commerciale de la thermodynamique des écoulements oscillants. Les tubes pulsés ont atteint 24% de Carnot à 80 K et des températures aussi basses que 2 K (Radebaugh, NIST, Pulse Tube Cryocoolers 2003).
Le prix pour descendre plus bas est brutal. Une unité commerciale à deux étages a produit 0,5 W à 4,2 K pour environ 5,5 kW de puissance absorbée par le compresseur ; le calcul (5 500 W / 0,5 W) donne environ 11 000 W d’électricité par watt de refroidissement. Les versions entraînées par la chaleur évitent complètement le compresseur électrique : un système en boucle de 2025 doté de quatre moteurs thermoacoustiques a atteint 46,6 K, un record pour un système à 100 Hz, et a récupéré la chaleur résiduelle en quatre étages en cascade (Zhang et al., Energy 2025).
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Rendement le plus élevé d’un tube pulsé à 80 K, en part de Carnot | 24% | Radebaugh, NIST 2003 |
| Température la plus basse atteinte par les réfrigérateurs à tube pulsé | Environ 2 K | Radebaugh, NIST 2003 |
| Tube pulsé 4 K commercial à deux étages : refroidissement à 4,2 K, et puissance absorbée par le compresseur | 0,5 W (ou 4,8 L/jour d’hélium liquide) ; environ 5,5 kW | Radebaugh, NIST 2003 |
| Vibrations des tubes pulsés 4 K par rapport aux réfrigérateurs Gifford-McMahon | Plus d’un ordre de grandeur en moins | Radebaugh, NIST 2003 |
| Tube pulsé entraîné thermoacoustiquement pour le gaz naturel : puissance frigorifique, et part du gaz brûlée pour liquéfier le reste | Environ 2 kW à 120 K ; environ un tiers | Radebaugh, NIST 2003 |
| Tube pulsé 120 Hz du NIST : rendement (rapporté à la puissance PV d’entrée) et refroidissement net à 80 K | Environ 22,6% de Carnot ; 3,35 W | NIST, 120Hz Pulse Tube Cryocooler 2007 |
| Refroidisseur à tube pulsé entraîné par la chaleur avec quatre moteurs thermoacoustiques : température la plus basse, et refroidissement à 74,031 K | 46,6 K ; 3 W | Zhang et al., Energy 2025 |
| Même système, récupération de chaleur résiduelle en cascade à quatre étages : rendement de récupération et puissance frigorifique à 75,5 K | 0,66 ; 2,35 W | Zhang et al., Energy 2025 |
Note de contexte : le refroidisseur 120 Hz du NIST est passé de la température ambiante à 80 K en 5,5 minutes (NIST, 2007). Les chiffres du liquéfacteur de gaz naturel (environ 600 L/jour) décrivent une unité de démonstration présentée pour la première fois par le NIST et Los Alamos en 1990 ; données les plus récentes disponibles : Radebaugh, 2003.
6. Les tubes pulsés dans l’espace et dans les scanners d’IRM
L’espace est l’endroit où l’extrémité froide sans pièce mobile se rentabilise, car personne ne peut réparer un refroidisseur en orbite. L’instrument AIRS du satellite Aqua de la NASA a embarqué les premiers refroidisseurs à tube pulsé utilisés dans l’espace, maintenant des détecteurs à 58 K avec une durée de vie annoncée de plus de 17 ans (NASA JPL, AIRS Thermal System). Le MIRI de Webb a poussé l’idée à trois étages de tube pulsé, prérefroidissant l’hélium à environ 14 K avant qu’un étage Joule-Thomson amène les détecteurs à environ 6,2 K (NASA, page Webb Cryocooler 2024).
Sur Terre, les mêmes refroidisseurs ont changé l’économie de l’IRM. Les aimants refroidis par bain contiennent 1 500 à 2 000 litres d’hélium liquide, et même avec un cryoréfrigérateur à recondensation il en faut encore 500 litres ou plus (Manso Jimeno, Vaughan et Geethanath, revue sur les aimants d’IRM 2022). Les conceptions scellées refroidies par conduction ramènent ce volume à un seul chiffre en litres, même si une revue de 2025 note que les chiffres de volume d’hélium sont en grande partie déclarés par les fabricants (Alenezi et al., Cureus 2025).
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Cryoréfrigérateur à tube pulsé d’AIRS : puissance frigorifique nette, et puissance absorbée par watt de refroidissement à 55 K | 1,5 W ; environ 62 W/W | NASA JPL, page AIRS Thermal System |
| Masse du système de refroidissement d’AIRS (les deux ensembles redondants plus la structure), et durée de vie annoncée | 37 kg ; plus de 17 ans dans l’espace | NASA JPL, page AIRS Thermal System |
| Température des détecteurs de MIRI sur Webb : maximum requis et nominale | Sous 7 K (pas plus de 6,7 K) ; environ 6,2 K | NASA, page Webb Cryocooler 2024 |
| Prérefroidisseur de MIRI sur Webb : étages de tube pulsé par rapport aux systèmes antérieurs, et puissance frigorifique | 3 étages contre 2 ; environ 1/4 W | NASA, page Webb Cryocooler 2024 |
| Électronique du cryoréfrigérateur de MIRI : durée de vie de conception, masse et puissance continue délivrée | Plus de 10 ans ; 9 kg ; 360 W | Harvey et al., NASA NTRS 2013 |
| Cryoréfrigérateurs à tube pulsé construits par Northrop Grumman : années cumulées en orbite (affirmation du fabricant lui-même) | Plus de 300 ans | Northrop Grumman, page Cryocoolers |
| Hélium liquide dans un aimant d’IRM conventionnel refroidi par bain, face à un aimant à zéro évaporation avec cryoréfrigérateur à recondensation | 1 500 à 2 000 L contre 500 L ou plus | Manso Jimeno et al., revue sur les aimants d’IRM 2022 |
| Durée de vie moyenne d’une tête froide d’IRM : système neuf contre reconditionné | 4 à 5 ans contre 3 à 4 ans | Manso Jimeno et al., revue sur les aimants d’IRM 2022 |
Note de contexte : la même revue sur l’IRM fait état de systèmes scellés en NbTi à 7 L (1,5 T) et 0,7 L (0,55 T) d’hélium liquide. Northrop Grumman affirme aussi une fiabilité de plus de 90% à 87 600 heures (10 ans) pour ses refroidisseurs spatiaux (Northrop Grumman, Cryocoolers) ; ce sont des affirmations du fabricant, pas des audits indépendants. Détails sur l’électronique de MIRI : NASA NTRS 2013.
Résumé : rendement des moteurs et réfrigérateurs thermoacoustiques en chiffres
| Métrique | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Rendement record d’un moteur thermoacoustique relatif à Carnot | 49% | Tijani et Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011 |
| Moteur thermoacoustique-Stirling de Los Alamos : rendement thermique et part de Carnot | 30% ; 41% | Backhaus et Swift, JASA 2000 |
| Moteurs à combustion interne contre moteurs Stirling à piston, fourchettes de rendement citées en 1999 | 0,25 à 0,40 contre 0,20 à 0,38 | Backhaus et Swift, Nature 1999 |
| Puissance acoustique du moteur en cascade à 20% de rendement | Jusqu’à 2 kW | Gardner et Swift, JASA 2003 |
| Moteur multi-boucles à quatre étages : puissance acoustique prévue aux conditions de conception | 60 kW | Yu et al., Energy 2025 |
| Générateur thermoacoustique de 2004 contre générateurs thermoélectriques à radio-isotopes | 18% contre 7% de la chaleur convertie en électricité | ScienceDaily / Laboratoire national de Los Alamos, 2004 |
| Rendement le plus élevé d’un générateur à onde progressive de classe 1 kW | 19,8% à 970 W | Wu et al., Applied Energy 2014 |
| Puissance électrique maximale du générateur à trois étages | 4,69 kW à 15,6% | Bi et al., Applied Energy 2017 |
| Puissance maximale en sortie et rendement maximal du générateur hybride | 15,0 kW ; 39,2% à 11,1 kW | Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Rendement thermique du générateur thermoacoustique MHD à métal liquide | 11,0% à 13,5 W | Chen et al., The Innovation Energy 2026 |
| Plus faible écart de température de démarrage rapporté | 17 °C | Jin et al., Scientific Reports 2017 |
| Chauffage typiquement nécessaire aux moteurs thermoacoustiques de type Stirling | Supérieur à 600 °C | Jin et al., Scientific Reports 2017 |
| Premiers refroidisseurs à onde stationnaire, rendement relatif à Carnot | 8,5% (SETAC) à 19% (Penn State) | Kajurek et al., SN Applied Sciences 2019 |
| Refroidisseur coaxial thermoacoustique-Stirling | 25% de Carnot, -54 °C | Tijani et Spoelstra, Cryogenics 2008 |
| COP des réfrigérateurs thermoacoustiques entraînés par la chaleur | 1,12 à 450 °C ; 1,34 à 550 °C | Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024 ; The Innovation Energy 2024 |
| Meilleur rendement d’un tube pulsé à 80 K | 24% de Carnot | Radebaugh, NIST 2003 |
| Puissance absorbée par un tube pulsé 4 K commercial pour 0,5 W à 4,2 K | Environ 5,5 kW | Radebaugh, NIST 2003 |
| Température record la plus basse d’un tube pulsé entraîné par la chaleur à 100 Hz | 46,6 K | Zhang et al., Energy 2025 |
| Durée de vie annoncée du refroidisseur à tube pulsé d’AIRS | Plus de 17 ans dans l’espace | NASA JPL, page AIRS Thermal System |
| Hélium liquide pour l’IRM : conception conventionnelle contre conception scellée 1,5 T | 1 500 à 2 000 L contre 7 L | Manso Jimeno et al., revue sur les aimants d’IRM 2022 |
Méthodologie et sources
- Backhaus, S. et Swift, G. W., “A thermoacoustic Stirling heat engine”, Nature 399, 1999 : notice du résumé ; couverture de presse sur ScienceDaily 1999.
- Backhaus, S. et Swift, G. W., “A thermoacoustic-Stirling heat engine: Detailed study”, JASA 2000 : doi.org/10.1121/1.429343.
- Gardner, D. L. et Swift, G. W., “A cascade thermoacoustic engine”, JASA 2003 : doi.org/10.1121/1.1612483.
- Tijani, M. E. H. et Spoelstra, S., “A high performance thermoacoustic engine”, Journal of Applied Physics 2011 : doi.org/10.1063/1.3658872.
- Tijani, M. E. H. et Spoelstra, S., “Study of a coaxial thermoacoustic-Stirling cooler”, Cryogenics 2008 : notice IIR FRIDOC.
- Backhaus, Tward et Petach, générateur électrique thermoacoustique à onde progressive, Applied Physics Letters 2004, tel que rapporté par ScienceDaily 2004.
- Yu, Jaworski et Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010 : dépôt White Rose ; et Applied Energy 2012 : doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.04.046.
- Wu et al., Applied Energy 2014 : IDEAS/RePEc. Wang et al., Energy 2016 : IDEAS/RePEc. Bi et al., Applied Energy 2017 : notice AGRIS.
- Chen et al., Cell Reports Physical Science 2024 : doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101835. Chen et al., The Innovation Energy 2026 : page de la revue.
- Yu et al., Energy 2025 : IDEAS/RePEc. Zhang et al., Energy 2025 : IDEAS/RePEc. Umar et al., Sustainable Energy Technologies and Assessments 2025 : portail de recherche du BIT.
- Jin et al., Scientific Reports 2017 : PMC5550454.
- Kajurek, Rusowicz et Grzebielec, SN Applied Sciences 2019 (revue des performances de référence des réfrigérateurs) : Springer.
- Xiao et al., Cell Reports Physical Science 2024 : doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101815 ; Xiao et al., The Innovation Energy 2024 : notice du dépôt KIT ; couverture de presse sur TechXplore 2024.
- Radebaugh, R., “Pulse Tube Cryocoolers”, NIST 2003 : PDF trc.nist.gov. NIST, “120Hz Pulse Tube Cryocooler for Fast Cooldown to 50K”, 2007 : nist.gov.
- NASA JPL, AIRS Thermal System ; NASA, Webb Cryocooler ; Harvey et al., NASA NTRS 2013 ; Northrop Grumman, Cryocoolers (affirmations du fabricant).
- Manso Jimeno, Vaughan et Geethanath, “Superconducting magnet designs and MRI accessibility: a review”, 2022 : arXiv:2205.08918. Alenezi et al., Cureus 2025 : PMC12701844.
- Note sur les données : les définitions du rendement diffèrent et ne sont pas interchangeables. Le rendement chaleur-acoustique (section 1) exclut les pertes de l’alternateur ; le rendement thermique-électrique (section 2) les inclut ; le « rendement de récupération » des refroidisseurs entraînés par la chaleur (section 5) est défini par chaque auteur. Le rendement thermique-électrique de 29,22% de la section 3 provient d’un système combiné de production d’électricité et de froid dont le résumé n’indique pas la base exacte, il ne doit donc pas être classé face aux records de la section 2. Deux records de COP du même groupe de l’Académie chinoise des sciences sont apparus en 2024 (1,12 et 1,34) à des températures de chauffage différentes (450 °C et 550 °C) ; tous deux sont des comparaisons autodéclarées avec des travaux antérieurs. De nombreux records de moteurs mis en avant sont anciens : le moteur à 49% de Carnot (2011), le démarrage à 17 °C (2017) et le rendement du tube pulsé à 80 K (2003) restent les données les plus récentes que nous avons pu vérifier. Un article de 2026 dans Cryogenics rapporte un refroidissement à 77 K avec un rendement de récupération de 45,8% pour un refroidisseur en cascade à trois étages, mais son résumé complet n’était pas accessible, il n’est donc pas inclus. Les volumes d’hélium de l’IRM pour les aimants scellés sont en grande partie déclarés par les fabricants, comme le note la revue Cureus de 2025 elle-même.
Dernière mise à jour : 25 octobre 2026. Nous actualisons ce tour d’horizon chaque trimestre, et la prochaine révision est attendue lors de la publication des actes de la Conférence internationale 2026 sur les cryoréfrigérateurs et des prochains numéros d’Applied Energy et d’Energy consacrés aux générateurs thermoacoustiques.