Chaleur latente : une énergie renouvelable au potentiel insoupçonné

Imaginez un monde où l’énergie gaspillée par nos appareils de refroidissement est transformée en électricité. Cette idée pourrait bien devenir réalité grâce à une étude menée par l’Université de Tokyo.

Des chercheurs ont réussi à produire de l’électricité à partir de la chaleur latente, cette énergie créée lorsque la matière change d’état. Ils sont parvenus à générer de l’électricité à partir de la chaleur latente, l’énergie dégagée lorsqu’une substance change d’état, passant de l’état solide, liquide ou gazeux à un autre.

Cette avancée ouvrira de nouvelles possibilités pour les thermopiles, des dispositifs qui utilisent les variations de température pour produire de l’électricité, également appelée conversion thermoélectrique. Étant donné que tous les matériaux sont susceptibles de subir des transitions de phase dans certaines conditions, cette recherche soutient l’idée qu’une grande variété de matériaux pourrait être utilisée pour la conversion thermoélectrique.

La chaleur latente qui était auparavant perdue pourrait désormais être exploitée pour permettre aux dispositifs de créer leur propre énergie tout en se refroidissant, réduisant ainsi la dépendance à d’autres sources d’énergie.

Exploiter la chaleur latente pour la conversion thermoélectrique

Nous avons battu le record de la journée la plus chaude jamais enregistrée sur Terre cet été. Si vous avez la chance d’avoir un climatiseur, vous l’avez probablement beaucoup utilisé.

L’augmentation des températures estivales et de l’utilisation des technologies signifie que la demande en systèmes de refroidissement, à la fois domestiques et industriels, ne cesse d’augmenter. Les technologies de climatisation et de réfrigération sont déjà de gros consommateurs d’énergie, si bien que répondre à cette demande croissante représente un défi pour les pays cherchant à atteindre leurs objectifs de développement durable des Nations Unies visant à améliorer l’environnement et les conditions de vie.

Mais que se passerait-il si nous pouvions utiliser au moins une partie des déchets générés par ces systèmes de refroidissement pour aider à produire l’électricité nécessaire à leur alimentation, de manière peu coûteuse et à faible émission de carbone ?

Un dispositif prometteur : la thermopile

Des chercheurs de l’Université de Tokyo se sont intéressés au potentiel de l’énergie latente créée lorsqu’une substance change d’état, par exemple, lorsque l’eau à l’intérieur d’un climatiseur s’évapore et se condense pour produire l’effet de refroidissement.

Contrairement à l’air chaud que l’on sent à l’extérieur d’une unité de climatisation, la chaleur latente créée par l’eau à l’intérieur est presque imperceptible. La conversion thermoélectrique utilise la chaleur pour produire de l’électricité, et un dispositif qui peut le faire est la thermopile.

L’équipe a créé sa propre thermopile en utilisant un hydrogel – un matériau polymère riche en eau – appelé PNIPAM, qu’ils ont modifié avec un composé appelé viologène. Cet hydrogel modifié contenait un polymère thermoréactif, c’est-à-dire un polymère qui réagissait au changement de température, dans ce cas étant soluble dans l’eau froide mais insoluble dans l’eau chaude. Avec cette thermopile, ils ont réussi à utiliser la très faible quantité d’énergie thermique latente générée par la transition de phase – entre soluble et insoluble – pour produire de l’électricité.

En synthèse

« Pour la première fois, nous avons confirmé que la chaleur latente a le potentiel d’être utilisée pour la conversion thermoélectrique« , a déclaré le professeur Teppei Yamada du département de chimie de l’Université de Tokyo. « Nous pensons pouvoir utiliser divers types de matériaux pour les thermopiles. Toute substance dans le monde peut subir des transitions de phase dans les bonnes conditions : par exemple, la crème en crème glacée, le sable en verre, l’eau en vapeur, etc. Avec cette méthode, en principe, il est possible d’extraire de l’énergie électrique même de la plus petite différence de température, augmentant considérablement le nombre de situations dans lesquelles la conversion thermoélectrique peut être utilisée. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la conversion thermoélectrique ?

La conversion thermoélectrique consiste à utiliser la chaleur pour produire de l’électricité. Elle repose sur l’effet Seebeck, qui permet de générer un courant électrique grâce à une différence de température.

Qu’est-ce qu’une thermopile ?

Une thermopile est un dispositif qui utilise l’effet Seebeck pour convertir une différence de température en électricité. Elle est composée de thermocouples reliés électriquement en série et thermiquement en parallèle.

Quelle est la chaleur latente ?

La chaleur latente est l’énergie libérée ou absorbée par un corps lors d’un changement d’état (solide-liquide, liquide-gaz, etc.) sans variation de température.

Quels sont les avantages de cette technologie ?

Elle permet de valoriser des sources de chaleur perdues. Elle est respectueuse de l’environnement. Elle pourrait réduire la dépendance à d’autres sources d’énergie.

Légende image principale : Installation expérimentale de la thermocellule. La réfrigération électrochimique n’est actuellement pas généralement utilisée ou commercialisée en raison de ses faibles performances par rapport à d’autres options, telles que la réfrigération électrique. Cette recherche pourrait toutefois changer la donne.©2023 Yamada

Hongyao Zhou, Fumitoshi Matoba, Ryohei Matsuno, Yusuke Wakayama, Teppei Yamada. Direct conversion of phase-transition entropy into electrochemical thermopower and Peltier effect. Advanced Materials 18 juillet 2023. doi : 10.1002/adma.202303341