Des planchers en bois « dopés » au silicium produisant de l’électricité à chaque pas

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| Heath Korvola/Getty Images

Des chercheurs suisses ont conçu un plancher en bois expérimental générant de l’énergie lorsqu’on marche dessus. Imprégné d’ions de silicium et de métal, il produit suffisamment d’énergie avec les pas humains pour alimenter des LED ou de petits dispositifs électroniques. En améliorant le rendement et en travaillant sur l’industrialisation du système, les chercheurs espèrent qu’il puisse un jour constituer une source d’énergie renouvelable supplémentaire à intégrer aux habitations.

Certains matériaux peuvent générer une charge électrique lorsqu’ils entrent en contact (puis sont séparés) avec un autre matériau du même type. Le phénomène en question est appelé « effet triboélectrique ». Les électrons sont transférés d’un objet à un autre et génèrent ainsi une charge. Les matériaux qui ont tendance à « donner » des électrons sont dits tribopositifs, et ceux qui ont tendance à en recevoir sont dits tribonégatifs.

Guido Panzarasa, de l’ETH Zürich, en Suisse, et ses collègues ont découvert que, bien que le bois se situe au milieu de ce spectre et ne laisse pas facilement passer les électrons, il peut être modifié pour générer des charges plus importantes.

Modifier les propriétés électriques du bois

L’équipe a infusé un panneau de bois avec du silicium, qui capte les électrons au contact d’un objet. Un second panneau a été infusé avec des nanocristaux d’imidazolate zéolitiques (ZIF-8), un composé contenant des ions métalliques et des molécules organiques — ces cristaux ont tendance à perdre des électrons. Ils ont appelé ce processus d’imprégnation « fonctionnalisation ».

L’équipe a constaté que ce traitement rendait un dispositif contenant les deux panneaux de bois 80 fois plus efficace que le bois standard pour transférer les électrons, ce qui signifie qu’il était suffisamment puissant pour alimenter des ampoules LED lorsque des pas humains compressaient le dispositif et mettaient les deux panneaux de bois en contact. Le plancher de bois ainsi obtenu devient un nanogénérateur triboélectrique (TENG). Les détails ont été publiés dans la revue Matter.

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Schéma résumant la composition du dispositif triboélectrique conçu par les chercheurs. © Guido Panzarasa et al.

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« Le défi consiste à fabriquer du bois capable d’attirer et de perdre des électrons. L’approche de la fonctionnalisation est assez simple et peut être mise à l’échelle industrielle. Ce n’est qu’une question d’ingénierie », a déclaré Panzarasa.

L’équipe a constaté qu’un échantillon de 2 centimètres sur 3,5 centimètres soumis à une compression de 50 newtons — un ordre de grandeur inférieur à la force d’un pas humain — était capable de générer 24,3 volts. Un échantillon plus grand, de la taille d’une feuille de papier A4, a pu produire suffisamment d’énergie pour alimenter des lampes LED domestiques et de petits appareils électroniques tels que des calculatrices. Panzarasa et son équipe espèrent maintenant mettre au point des revêtements chimiques pour le bois qui soient plus écologiques et plus faciles à fabriquer.

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Représentation schématique de la fabrication et du mécanisme de fonctionnement du dispositif triboélectrique FW-TENG. © Guido Panzarasa et al.

« Nous démontrons l’applicabilité de notre TENG en bois fonctionnalisé (FW-TENG) dans les bâtiments intelligents en l’utilisant pour alimenter des lampes domestiques, des calculatrices et des fenêtres électrochromiques », concluent les chercheurs dans leur document. Une innovation prometteuse, sachant que les applications présentées ici ne sont qu’un début.

Source : Matter

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