Des chercheurs chinois ont mis au point un minuscule générateur capable de produire de l’énergie à partir des vibrations des molécules. Une fois mature, la technologie à la base de ces travaux repérés par le New Scientist pourrait permettre d’alimenter de petits appareils comme des implants médicaux.
Transformer de l’énergie cinétique en électricité n’est pas un concept original, loin de là. De façon directe ou indirecte, cette conversion est même à l’origine de la majorité de l’électricité produite sur Terre. La particularité de ce concept, proposé par les chercheurs de l’Université de Nankai, c’est qu’il exploit un phénomène qui se déroule à l’échelle des atomes et des molécules
À cette échelle, mesurer la température revient à mesurer la quantité d’énergie cinétique des particules du système. Au dessus du zéro absolu (-273,15 °C), toutes les molécules et les atomes possèdent une certaine quantité d’énergie thermique. Elle se manifeste par de petits mouvements aléatoires et continus ; on parle d’agitation thermique, ou de mouvement brownien.
À notre échelle, ces mouvements sont imperceptibles. Mais si vous pouviez zoomer suffisamment sur un liquide, vous observeriez que les molécules d’eau sont loin d’être figées. Elles se livrent constamment à un grand jeu d’auto-tamponneuses nanométrique. Ce sont ces mouvements que les chercheurs ont tenté d’exploiter. « Nous avons pensé qu’il serait intéressant de voir si ce mouvement pouvait être collecté et converti en électricité », explique Wei Li, l’un des auteurs de l’étude.
Une petite “brosse” piézoélectrique
Pour y parvenir, Li et ses collègues ont créé un petit appareil d’un centimètre carré. Il est constitué de deux électrodes garnies de nanotubes en oxyde de zinc. Ce dernier est un matériau dit piézoélectrique, c’est-à-dire qu’il génère une petite charge électrique lorsqu’il est soumis à une contrainte mécanique.
Ils l’ont ensuite immergé dans de l’octane à température ambiante. C’est un hydrocarbure de la même famille que le butane qui alimente des barbecues à gaz. Sous l’effet de l’agitation thermique, les molécules du liquide ont multiplié les collisions avec les fils d’oxyde de zinc, et l’appareil s’est mis à produire du courant électrique.
Certes, les performances l’appareil n’avaient rien de très impressionnant dans l’absolu. Les chercheurs ont mesuré une tension de 2,28 millivolts pour un courant de 2,47 nanoampères. C’est encore insuffisant pour être utile en pratique. Même une petite LED standard a typiquement besoin d’une tension de l’ordre du volt, et de quelques milliampères de courant.
Une nouvelle classe de micro-générateurs ?
Mais il s’agit tout de même d’une preuve de concept intéressante, et potentiellement très prometteuse. « Cela démontre que l’énergie mécanique issue de l’agitation thermique des molécules de n-octane peut être convertie en électricité de façon continue, à température ambiante, sans nécessiter d’autre source d’énergie », résume João Ventura, un chercheur portugais non associé à l’étude cité par le New Scientist.
Si les auteurs sont enthousiastes, c’est parce qu’avec quelques petites améliorations, il devrait être possible d’utiliser ce système dans le domaine des nanotechnologies. Par exemple, les chercheurs vont tester leur système dans d’autres liquides afin d’en trouver un qui pourrait produire un peu plus d’énergie. Ils estiment qu’un tel générateur pourrait alimenter de minuscules implants médicaux, capables de délivrer automatiquement de petites doses d’un médicament sur une longue durée.
À terme, ils envisagent aussi d’augmenter la taille du système et la densité des fils d’oxyde de zinc pour pouvoir alimenter des appareils du quotidien. « Nous espérons que les gens pourront l’utiliser à la maison, par exemple pour recharger leur téléphone », suggère Yucheng Luan, fondateur de la startup East Eight Energy et auteur principal de l’étude.
Le texte de l’étude est disponible ici.
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