Des chercheurs ont découvert le moyen de récupérer l’énergie de la Terre en transformant l’excès de rayonnement infrarouge et la chaleur perdue, en électricité que nous pourrions utiliser.

Le concept implique l’effet tunnel (quantum tunnelling) et la clé de l’idée est une antenne spécialement conçue qui peut détecter les surplus ou la chaleur infrarouge sous forme d’ondes électromagnétiques à haute fréquence, transformant ces signaux en charge directe.

En réalité, il y a beaucoup d’énergie gaspillée bêtement sur Terre : la plus grande partie de la lumière du Soleil qui frappe la planète, est absorbée par les surfaces, les océans et notre atmosphère. Cela conduit à un réchauffement qui lui-même provoque une fuite constante du rayonnement infrarouge, que certains estiment à des millions de gigawatts par seconde. Comme les longueurs d’onde infrarouges sont extrêmement courtes, afin de pouvoir les exploiter, il nous faut des antennes vraiment minuscules.

Selon l’équipe internationale de chercheurs à l’origine de la nouvelle étude, c’est l’effet tunnel qui pourrait permettre la percée nécessaire dans le domaine : « Il n’existe actuellement pas de diode dans le commerce qui puisse fonctionner à une telle fréquence », explique Atif Shamim, chercheur principal de l’étude, à l’Université de Science et de Technologie du Roi Abdullah (KAUST), en Arabie Saoudite. « C’est pourquoi nous nous sommes tournés vers l’effet tunnel », ajoute-t-il.

L’effet tunnel fait référence au phénomène de la mécanique quantique où une particule passe à travers une barrière qu’elle ne peut normalement pas surmonter (car elle ne possède pas suffisamment d’énergie pour le faire). L’un des exemples utilisés le plus souvent pour illustrer ce concept, est celui d’une balle roulant et remontant une colline : en physique classique, la balle a besoin d’une certaine quantité d’énergie pour pouvoir remonter la colline et passer de l’autre côté. Mais en physique quantique, avec l’effet tunnel, la balle peut traverser la colline avec moins d’énergie grâce à l’incertitude de position, qui est au cœur de tout phénomène quantique.

Comment et en quoi cela peut-il aider à la construction d’antennes nanométriques ? Cela permet aux électrons d’être déplacés à travers une petite barrière, grâce à un dispositif spécifique, comme une diode MIM (Metal-Insulator-Metal), transformant les ondes infrarouges en courant électrique.

Les scientifiques ont pu créer une nouvelle nanoantenne en forme de nœud papillon, en intercalant un film isolant mince entre deux bras métalliques légèrement recouverts d’or et de titane, créant de ce fait un dispositif capable de générer des champs électriques intenses, nécessaires pour le bon fonctionnement de la nanoantenne. « La partie la plus difficile était le chevauchement à l’échelle nanométrique des deux bras de l’antenne, qui nécessitait un alignement très précis. Néanmoins, en combinant des astuces avec les outils avancés de l’usine de nanofabrication de KAUST, nous avons y sommes parvenus », explique l’un des chercheurs, Gaurav Jayaswal, de KAUST.

énergie récolte effet tunnel physique quantique

Crédits : KAUST

La nouvelle diode MIM a été capable de capturer avec succès le rayonnement infrarouge avec une tension appliquée nulle, de sorte qu’elle ne s’allume que lorsque cela est nécessaire. Tandis que les panneaux solaires conventionnels ne peuvent récolter qu’une partie du spectre de la lumière visible, être en mesure de capter tout l’excès de rayonnement infrarouge représenterait un changement révolutionnaire dans le domaine de la production d’énergie.

De plus, contrairement aux centrales solaires, ces véritables cueilleurs d’énergie pourraient fonctionner 24 heures sur 24, quel que soit la météo. D’autres scientifiques travaillent actuellement sur le même problème, mais sous différents angles d’attaque.

Pour le moment, il ne s’agit que d’une étape supplémentaire franchie avec succès, dans le domaine de la recherche de solutions, et de nombreux défis techniques restent à relever. Par exemple, actuellement, l’antenne n’est pas très économe en énergie. Mais, « ce n’est que le début – une preuve de concept », explique Shamim. Sur le long terme, et si la suite des recherches est concluante, alors cette technologie pourrait faire une énorme différence : « Nous pourrions connecter des millions de ces appareils pour augmenter la production d’électricité », ajoute le chercheur.

Sources : Materials Today Energy, KAUST Discovery

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