Photovoltaïque sans soleil. Vous direz un bel et bon oxymore. Pas selon la dernière innovation des fervents laboratoires du MIT qui, après avoir récemment mis au point les cellules solaires en papier, la feuille solaire artificielle pour chauffer la maison et les cellules solaires 3D, reviennent étonner avec un nouveau système de conversion d'énergie photovoltaïque capable de produire de l'électricité même en l'absence de lumière directe et en exploitant la chaleur de toute source.
Il est sur le point de finir écrasé, sa mère le sauve
photovoltaïque sans soleil. Vous direz un bel et bon oxymore. Pas selon la dernière innovation des fervents laboratoires du MIT qui, après avoir récemment mis au point les cellules solaires en papier, la feuille solaire artificielle pour chauffer la maison et les cellules solaires 3D, reviennent étonner avec un nouveau système de conversion d'énergie photovoltaïque capable produire de l'électricité même en l'absence de lumière directe et en utilisant la chaleur de n'importe quelle source.
Un principe qui n'est certes pas révolutionnaire, à l'image de la nanotechnologie avec laquelle il a été recréé, qui est de plus en plus utilisée dans la recherche sur les cellules solaires du futur.
Mais ce qu'il a du révolutionnaire dans la recherche "Sun free photovoltaics" également publié dans le magazine faisant autorité Physical Review, c'est précisément l'application de la nanotechnologie au principe de conversion de la chaleur en lumière qui permet de rendre le nouveau système plus efficace que toutes les tentatives précédentes.
La clé de cette innovation révolutionnaire réside en effet, comme l'explique le site du MIT, dans un matériau avec des milliards de "puits" à l'échelle nanométrique gravé sur la surface des cellules solaires. Lorsque le matériau absorbe de la chaleur - du soleil, d'un feu d'hydrocarbure ou de toute autre source - le la surface piquée dégage de l'énergie principalement à ces longueurs d'onde soigneusement choisies. Partant de là, les chercheurs du MIT ont d'abord créé un générateur d'électricité alimenté au butane de la taille d'un bouton avec une autonomie trois fois supérieure à une batterie au lithium de même poids qui peut être rechargée instantanément en insérant simplement une petite cartouche de carburant neuf.
Suivant le même principe, les chercheurs ont également développé un autre appareil qui, alimenté par un radio-isotope qui produit constamment de la chaleur à partir de la désintégration radioactive, pourrait générer de l'électricité pendant 30 ans sans ravitaillement et sans maintenance. Un instrument qui pourrait représenter, par exemple, une source d'électricité idéale pour un vaisseau spatial en mission loin du Soleil.
Aussi parce que, selon ce qui a été déclaré par l'US Energy Information Administrator, 92 pour cent de toute l'énergie que nous utilisons implique le conversion de la chaleur en énergie mécanique, et donc souvent en électricité. Cependant, les systèmes mécaniques d'aujourd'hui - tels que l'utilisation de carburant pour faire bouillir de l'eau et faire tourner une turbine - ont une efficacité relativement faible et ne peuvent pas être réduits à de petits appareils nécessaires aux appareils tels que, par exemple, un smartphone ou un moniteur médical.
"Pouvoir convertir la chaleur de diverses sources en électricité sans pièces mobiles aurait apporté d'énormes avantages - déclare Ivan Celanovic ScD '06, ingénieur de recherche au MIT qui a coordonné la recherche - surtout si nous pouvions le faire efficacement, par rapport à bon marché et sur une petite échelle ".
La solution de Celanovic était d'utiliser cristaux de tungstène photonique, un matériau qui, lorsqu'il est chauffé, génère de la lumière contre un spectre d'émission altéré grâce aux "micro-trous" pratiqués à sa surface, dont chacun se comporterait en pratique comme une très petite "chambre de résonance" capable d'émettre un rayonnement uniquement à certaines longueurs d'onde . Les puces ainsi fabriquées contiennent, en pratique, de véritables cristaux photoniques sur leurs deux faces planes et de minuscules tubes externes pour l'injection de carburant et d'air, ainsi que pour l'expulsion des déchets. De véritables micro-réacteurs auxquels s'ajoute une cellule photovoltaïque montée contre chaque façade pour convertir les longueurs d'onde de la lumière émise en énergie électrique.
"A ce moment-là, notre générateur TPV pourrait alimenter votre smartphone pendant toute une semaine sans être rechargé", se dit-il satisfait. Celanovic, bien que la construction de systèmes pratiques nécessite l'intégration de nombreuses technologies et domaines d'expertise. « C'est un véritable effort multidisciplinaire », déclare Celanovic. "Et c'est un exemple clair de la façon dont la recherche sur les matériaux est fondamentale et capable de permettre tout un éventail d'applications pour une conversion écoénergétique."
Simona Falasca
