Des chercheurs ont développé un générateur magnétoélectrique qui produit de l’électricité à partir de l’impact des gouttes de pluie. En atterrissant à la surface du dispositif, les gouttes déplacent une structure comportant une bobine — par rapport à un aimant permanent, ce qui génère de faibles tensions et courants électriques qui, accumulés et amplifiés par le biais d’un transformateur, peuvent par exemple alimenter des LED ou de petits ventilateurs. Cela ouvre la voie à une source alternative d’énergie renouvelable qui ne dépend ni du vent ni de l’ensoleillement, et qui ne nécessite pas d’être placée sur un plan d’eau (rivière/fleuve, lac ou océan).
En vue des objectifs mondiaux de transition énergétique verte, la demande en énergies renouvelables (énergie solaire, éolienne, hydroélectrique,…) ne cesse de croître. En outre, étant donné que l’eau recouvre près de 71 % de la surface du globe, l’énergie hydraulique représente la source d’énergie la plus disponible sur Terre. Cependant, elle ne contribue qu’à environ 16 % des besoins en électricité au niveau mondial.
Deux formes d’énergie hydraulique sont disponibles dans la nature : agrégée et dispersée. La première provient par exemple des rivières, des vagues marines et des marées, tandis que la seconde peut provenir de l’eau de pluie et du brouillard. Cependant, malgré la grande disponibilité de l’énergie hydraulique dispersée, la majorité de l’hydroélectricité que nous utilisons provient de l’énergie hydraulique agrégée.
En effet, les centrales disposent de générateurs électromagnétiques de grand volume pour exploiter l’énergie hydraulique agrégée. Ce volume de traitement permet une distribution électrique à grande échelle. Cependant, ces centrales ne sont pas suffisamment sensibles pour capturer l’énergie hydraulique dispersée en raison de sa légèreté, de sa faible quantité et de sa large distribution.
La perte d’énergie hydraulique peut atteindre 5 000 000 de joules pour 100 mètres carrés de toit par an dans les régions pluviales. Afin de pallier cette perte, une équipe de l’Université de technologie de Dalian en Chine propose un nouveau dispositif permettant de convertir efficacement l’énergie hydraulique des gouttes de pluie en électricité. Leurs résultats sont détaillés dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces.
Une capacité permettant d’alimenter des LED et des ventilateurs
Baptisé générateur magnétoélectrique superhydrophobe (MSMEG), le nouveau dispositif est composé de trois parties principales : un film souple à base d’un matériau magnétique superhydrophobe (SMMF), une bobine, un aimant au néodyme (un aimant permanent composé d’un alliage de néodyme, de fer et de bore), un boîtier en acrylique et une base en polystyrène extensible (EPS). L’ensemble fait plus ou moins la taille d’une boîte de nouilles.
À noter que des modèles de générateurs hydroélectriques alimentés aux gouttes de pluie ont précédemment été proposés, tels que les générateurs triboélectriques (convertissant l’énergie mécanique en énergie électrique) et électromagnétiques. Cependant, la plupart de ces dispositifs ne peuvent pas générer de tension électrique suffisamment stable et élevée pour une application pratique. Ils ne sont pas non plus suffisamment sensibles pour capturer les minuscules quantités d’énergie provenant des fines gouttes de pluie.
En revanche, le dispositif de la nouvelle étude peut convertir efficacement l’énergie des fines gouttelettes d’eau en électricité. Pour ce faire, le SMMF se déforme facilement lorsque les gouttes y atterrissent, déplaçant la bobine par rapport à l’aimant. Ce déplacement génère alors une tension électrique. La propriété superhydrophobe du film permet aux gouttes de rebondir et de ne pas s’accumuler au-dessus de l’appareil, permettant ainsi à ce dernier de fonctionner correctement même lors de longues averses. « Nous pensons qu’un tel MSMEG devrait fournir une stratégie prometteuse pour récolter efficacement l’énergie dispersée des gouttes de pluie », ont écrit les chercheurs dans leur document.
Vidéo montrant le dispositif éclairer une petite installation LED (© Yonghui Zhang et al.) :
Afin d’évaluer l’efficacité du dispositif, les chercheurs ont simulé une pluie tombant d’une hauteur d’environ 50 centimètres. Une modélisation mathématique dite « simulation numérique de Maxwell » a été utilisée pour obtenir des estimations de la puissance électrique en fonction de divers facteurs.
Le dispositif a pu générer un courant électrique maximal de 13,02 milliampères (mA). Cela a permis de charger un petit condensateur électrique d’environ 1,18 V en 200 secondes avec une pluie constante. Cette capacité permet par exemple d’alimenter de petits appareils électroniques tels que des LED et des ventilateurs.
Toutefois, l’application pratique de ce type de dispositif reste limitée pour le moment, car l’énergie produite ne peut être distribuée à grande échelle. En outre, les dispositifs énergétiques solaires et éoliens sont pour le moment plus simples à appliquer pour la distribution à petite échelle. Néanmoins, la mise à l’échelle d’un dispositif pouvant exploiter efficacement l’énergie hydraulique dispersée pourrait élargir la gamme d’énergies renouvelables disponibles, réduisant ainsi potentiellement leurs coûts.