Produire de l’électricité à partir des fluctuations de température ambiantes

Avec ce nouveau procédé, pas besoin d’avoir des sources simultanées à des températures différentes, ni d’avoir des différences importantes, la fluctuation entre températures diurnes et nocturnes peut suffire. Bien sûr, la production n’est pas extraordinaire, mais néanmoins suffisante pour alimenter des capteurs qui doivent fonctionner en continu et sur de longues années par exemple. Et ce sans autre source d’énergie. Du coup, ce dispositif constitue une source d’électricité faible mais indépendante, ubiquitaire et qui s’affranchit de nombreuses contraintes environnementales (ensoleillement, vent etc). On pourrait envisager de le placer sous un panneau solaire, où il récupérerait une partie de la chaleur perdue, ou même l’enterrer sous terre, dès lors qu’il y existe des changements de températures.

Un record d’effusivité thermique

Lors des tests, ce résonateur thermique s’est montré trois fois plus performant que ses équivalents pyroélectriques disponibles sur le marché. Pour aboutir à un système le plus optimisé possible, les chercheurs ont travaillé sur la mise au point d’un matériau qui allie à la fois une bonne conductivité thermique (capacité d’un matériau à conduire la chaleur) et une bonne capacité thermique (capacité à accumuler la chaleur) : deux propriétés qui généralement ne vont pas ensemble. L’article paru dans Nature Communications explique notamment comment ils ont mis au point un matériau composite dont la structure de base une mousse métallique de cuivre et de nickel recouverte d’une couche de graphène. La mousse est ensuite emplie d’octadecane dont la particularité est de changer de phase (de solide à liquide) dans une gamme de température particulièrement pertinente. C’est l’octadécane qui stocke la chaleur et les métaux recouverts de graphène qui permettent une conduction rapide aboutissant à la conversion de la chaleur en électricité. « La combinaison des trois composants fait du dispositif le matériel avec la plus haute effusivité thermique connue aujourd’hui », affirme Mickael Strano, le professeur qui a supervisé ces recherches. Au final, le dispositif capture la chaleur d’un côté, celle-ci irradie doucement vers l’autre côté. Le système est toujours en déséquilibre d’un point de vue thermique et tente de se rééquilibrer. Cette perpétuelle différence entre les deux côtés est stockée dans des composants thermoélectriques classiques.

Pour donner une idée des résultats obtenus, l’appareil a pu produire un courant de 350mV et une puissance de 1,3mW grâce à une différence de 10°C entre le jour et la nuit.

Des applications très diverses

Les travaux pour mettre au point ce procédé ont bénéficié d’une bourse de l’Université de science et technologie du roi Abdullah d’Arabie Saoudite (KAUST), en vue notamment de mettre au point des capteurs de surveillance des conditions d’exploitation du gaz et du pétrole énergétiquement autonomes. Mais en réalité, ce résonateur thermique peut s’adapter à n’importe quel système qui présente une variation de température comme l’alternance marche/arrêt du système de chauffage/réfrigération d’un frigo ou de nombreux process industriels. Il pourrait même s’adapter à des besoins locaux sur d’autres lunes et planètes en fournissant de l’énergie sur le long terme pour des landers ou des rovers. En outre, il permet de s’inscrire dans un mouvement plus large visant à diversifier les sources d’énergie des process et à les rendre indépendantes les unes des autres pour faire face aux défaillances de l’un des systèmes. « Dans ce cadre notre solution, est un système supplémentaire qui même s’il est insuffisant pour alimenter un process industriel peut simplement permettre l’envoi d’un message d’urgence », explique l’un des auteurs.

Sophie Hoguin