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Alimenter 100 petites ampoules LED avec une seule goutte d’eau, c’est ce que permet un nouveau générateur d’électricité

goutte electricite
| City University HK

L’eau liquide est omniprésente sur Terre, des rivières aux océans en passant par la pluie. Pourtant, le potentiel énergétique qu’elle renferme est encore trop peu exploité. Récemment, une équipe d’ingénieurs chinois a mis au point une nouvelle méthode capable d’exploiter l’énergie cinétique des mouvements de l’eau, comme la chute de gouttes de pluie, et de la convertir en électricité. Une seule goutte de pluie pourrait ainsi alimenter 100 ampoules LED.

Une seule goutte de pluie peut désormais alimenter 100 petites ampoules LED, établissant ainsi un nouveau jalon pour les technologies de génération d’énergie. Le générateur d’électricité à base de gouttelettes développé a une efficacité de conversion d’énergie élevée et une densité de puissance mille fois plus grande que ses homologues. L’étude a été publiée dans la revue Nature.

Les développeurs espèrent que la technologie aidera à lutter contre la crise énergétique mondiale en fournissant de nouvelles façons d’utiliser l’énergie environnementale qui nous entoure dans l’eau et la pluie. Le générateur pourrait être utilisé dans divers contextes où l’eau rencontre une surface solide — comme sur les coques des bateaux, le long des côtes et même au-dessus des abris ou des parapluies.

« Nos recherches montrent qu’une goutte de 100 microlitres d’eau libérée à partir d’une hauteur de 15 centimètres peut générer une tension de plus de 140 volts. La puissance générée peut allumer 100 petites ampoules LED » déclare Zuankai Wang, ingénieur à la City University de Hong Kong.

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Des technologies hydroélectriques actuelles limitées

Bien que le concept d’hydroélectricité ne soit pas nouveau — des barrages hydroélectriques et les centrales marémotrices fonctionnent à travers le monde, les limites de la technologie actuelle nous ont empêchés de tirer pleinement parti de l’énergie disponible des vagues et des gouttes de pluie. Cette puissance se présente sous forme d’énergie cinétique basse fréquence. « L’énergie cinétique entraînée par les chutes d’eau est due à la gravité et peut être considérée comme gratuite et renouvelable. Elle devrait être mieux utilisée ».

Les générateurs d’énergie à gouttelettes conventionnels profitent de l’effet triboélectrique, dans lequel l’électricité est générée lorsque certains matériaux entrent en contact les uns avec les autres, le frottement les amenant à échanger des électrons. Malheureusement, la taille de la charge qui peut être générée sur de telles surfaces est généralement très limitée, conduisant à une très faible efficacité de conversion d’énergie. La nouvelle méthode de récupération d’énergie des chercheurs surmonte ces limitations de deux manières différentes.

Une génération d’électricité optimisée grâce au polytétrafluoroéthylène

Tout d’abord, l’équipe a utilisé un matériau appelé polytétrafluoroéthylène (ou PTFE), qui possède une charge électrique quasi permanente. Ils ont constaté que lorsque des gouttes frappaient le PTFE, les charges à sa surface s’accumulaient progressivement jusqu’à atteindre un point de saturation — ce qui leur permettait de surmonter le goulot d’étranglement présenté par les approches précédentes, qui ne pouvaient accumuler que de petites charges.

generateur goutte
(Gauche) : la technologie utilise l’énergie cinétique générée par la chute des gouttes sur les électrodes afin de générer de l’électricité. (Droite) : schéma de la structure du dispositif à base de PTFE. Crédits : City University HK

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La deuxième caractéristique de la nouvelle méthode est sa ressemblance avec un transistor à effet de champ — un élément de base de l’électronique moderne et pour lequel le prix Nobel de physique 1956 a été décerné. La conception du générateur d’énergie comprend deux électrodes — une en aluminium, l’autre en oxyde d’étain et d’indium avec un revêtement en PTFE, sur lesquelles la charge est générée.

De nombreuses application potentielles

Lorsque des gouttelettes tombent sur cette dernière surface, elles relient les deux électrodes, transformant la configuration d’origine en un circuit électrique en boucle fermée, libérant la charge stockée et générant un courant électrique pour alimenter les LEDs. Les chercheurs ont également constaté que la technique n’est pas affectée par des humidités relatives plus faibles — et qu’elle fonctionne à la fois avec l’eau de pluie et l’eau de mer.

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Selon les chercheurs, le concept pourrait être utilisé sur diverses surfaces où des liquides entrent en contact avec des solides, pour exploiter pleinement l’énergie cinétique à basse fréquence qui peut être trouvée dans l’eau. Le professeur Wang a indiqué qu’il espérait que la technologie aiderait à récolter l’énergie de l’eau afin de s’attaquer au problème mondial des pénuries d’énergie renouvelable. Les chercheurs ont déposé un brevet sur leur technologie aux États-Unis et en Chine continentale.

Sources : Nature

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