Le développement de nouvelles sources d’énergie est au cœur de l’ingénierie moderne. La difficulté est double : produire de l’énergie « propre » tout en minimisant la taille du système qui en est à l’origine. Récemment, des ingénieurs du MIT ont rempli cet objectif en développant un générateur d’électricité compact utilisant uniquement les variations de température de l’air environnant.
Autour de nous, la température de l’air varie sans cesse, que ce soit artificiel ou naturel. Des chercheurs du MIT ont ainsi eu l’idée de développer un appareil produisant de l’électricité à partir de ces fluctuations de température. Cette énergie pourrait ensuite servir à alimenter des dispositifs de communication et des capteurs multi-fonctions. Les résultats de la découverte ont été publiés dans la revue Nature Communications.
L’énergie est « collectée » via un résonateur thermique. Ce dernier capte la chaleur d’un côté et la retransmet de l’autre. Lorsque les deux extrémités du résonateur ont atteint l’équilibre thermique, l’énergie est récoltée par phénomène thermoélectrique. Selon ses créateurs, ce nouveau dispositif pourrait alimenter des capteurs à distance ou des systèmes hors-réseau pendant plusieurs années, simplement en utilisant les changements de température, comme ceux accompagnant les cycles nuit-jour par exemple.
« Nous avons pratiquement inventé ce concept à partir de rien » explique Michael Strano, l’un des ingénieurs. « Nous avons créé le premier résonateur thermique. C’est quelque chose qui peut être posé sur un bureau et qui donne l’impression qu’il génère de l’énergie de nulle part. Nous sommes en permanence entourés de fluctuations de températures de différentes amplitudes. Elles représentent une source d’énergie totalement inexploitée ».
L’idée n’est pourtant pas nouvelle. De précédentes tentatives ont été faites pour générer de l’électricité à partir des variations de température, en utilisant par exemple la pyroélectricité. Mais cette nouvelle méthode est bien plus efficace et, surtout, peut être adaptée aux différentes périodes et conditions météorologiques dans le but de maximiser son effet.
La technologie employée est elle aussi inédite. Les chercheurs ont utilisé le graphène, une mousse métallique unique et de l’octadécane. Ce dernier prend la forme d’un matériau cireux à changement de phase. En d’autres termes, cette « cire » passe de l’état solide à l’état liquide (et vice-versa) selon les variations locales de température. Cela confère au résonateur une effusivité thermique optimale. L’effusivité thermique désigne la capacité d’un matériau à échanger de l’énergie thermique avec son environnement ; c’est une combinaison entre la conduction et la capacité thermiques.
Lors des tests, un petit échantillon du résonateur thermique, soumis à une différence de température nuit-jour de 10°C, a produit une tension de 350 mV et une puissance de 1.3 mW. Ces valeurs sont tout à fait suffisantes pour alimenter des petits capteurs et des systèmes de communication.
En outre, le dispositif est conçu pour fonctionner dans n’importe quelle condition météorologique, y compris dans l’ombre ou le brouillard, dès lors qu’apparaissent des fluctuations de température. Il pourrait même être relié à des panneaux solaires afin de capter l’excès de chaleur non-absorbé par les panneaux. Il pourrait également servir comme source d’énergie de secours. À terme, ses développeurs envisagent de le tester pour tous types de variation thermique : du cycle marche-arrêt d’un réfrigérateur jusqu’aux machines industrielles.
Ce nouveau générateur serait également une source optimale d’énergie complémentaire pour les rovers d’exploration envoyés sur d’autres planètes. Le résonateur thermique ne génère pas autant d’énergie que les batteries et les piles actuelles, mais peut fournir une aide précieuse dans de nombreuses situations où un surplus d’énergie est nécessaire.
Enfin, les chercheurs ambitionnent également d’utiliser le dispositif pour étudier et mieux comprendre la dynamique des fluctuations thermiques. À ce sujet, Strano explique que « nous sommes entourés par des variations et fluctuations de température, cependant celles-ci ne sont pas encore bien décrites ni caractérisées dans nos environnements ».