Les effets magnétiques de la lumière pourraient conduire à produire de l’énergie solaire sans les traditionnelles cellules solaires à base de semiconducteurs.
Des chercheurs de l’Université du Michigan ont trouvé une façon de fabriquer une "batterie optique", a déclaré Stephen Rand (en photo), professeur aux départements génie électrique, informatique, physique, et physique appliquée.
"Vous pouvez regarder les équations du mouvement toute la journée et vous ne verrez pas cette possibilité. Nous avons tous appris que cela ne peut arriver" a déclaré S. Rand, l’auteur des travaux publiés dans le Journal of Applied Physics. "C’est une interaction très étrange. C’est pourquoi, elle a été négligée pendant plus de 100 ans."
La lumière possède des composantes électriques et magnétiques. Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que les effets du champ magnétique étaient si faibles qu’ils pouvaient s’en passer. Ce que le Pr. Rand et ses collègues ont constaté, c’est qu’à la bonne intensité, quand la lumière se déplace à travers un matériau qui ne conduit pas l’électricité, le champ de lumière peut produire des effets magnétiques qui sont 100 millions de fois plus forts que prévus. Dans ces circonstances, les effets magnétiques développent une résistance équivalente à un fort champ électrique.
"Cela pourrait conduire à un nouveau type de cellule solaire sans semi-conducteur et sans absorption de photons pour produire une séparation de charge", a déclaré le professeur américain. "Dans les cellules solaires, la lumière traverse un matériau, où elle est absorbée, tout en créant de la chaleur. Ici, nous nous attendons à obtenir une charge thermique très faible. Au lieu que la lumière soit absorbée, l’énergie est stockée dans un "moment magnétique". Une aimantation intense peut être induite par de la lumière intense qui sera finalement capable de fournir une source d’alimentation capacitive."
Dans des circonstances favorables et avec des matériaux non-conducteurs, le champ magnétique de la lumière peut créer une rectification optique dans des matériaux aussi banals que le verre.
"Il s’avère que le champ magnétique commence à courber les électrons en forme de C, tout en se déplaçant un peu plus à chaque fois," a déclaré William Fisher, un étudiant au doctorat en physique appliquée. "Le déplacement de charge génère à la fois un dipôle électrique et un dipôle magnétique. Si nous pouvons mettre en place bon nombre de ceux-là en ligne dans une fibre longue, nous pouvons produire une tension énorme et l’utiliser comme source d’énergie."
Il ya une opposition considérable à l’heure actuelle : la lumière doit être portée à une intensité de 10 millions de watts par centimètre carré. C’est plus que la qualité des lasers militaires. Mais W. Fisher affirme travailler actuellement sur l’élaboration de nouveaux matériaux à des intensités plus faibles.
Cette percée technologique pourrait conduire à la création de nouvelles cellules solaires aussi puissantes que celles utilisées dans les panneaux solaires en couche mince, et pour beaucoup moins cher.
Avec l’amélioration des matériaux, les chercheurs estiment qu’ils pourraient atteindre 10% d’efficacité dans la conversion de l’énergie solaire en énergie utilisable.
L’avantage reste qu’ils n’auraient pas à créer des cellules solaires nécessitant un traitement des semi-conducteurs, une process coûteux et complexe. "Tous ce dont nous avons besoin, se sont des lentilles pour concentrer la lumière et une fibre pour la guider", explique W. Fisher. "Le verre fonctionne dans les 2 cas. Il existe en grande quantité et n’exige pas beaucoup de traitement. Une céramique transparente pourrait être s’avérer meilleure encore."
Dès cet été, les chercheurs travailleront sur l’exploitation de cette énergie grâce à la lumière d’un laser, avant de passer à la lumière du soleil.
A l’heure actuel, le Tokyo Institut of Technology (TIT) est le plus avancé en matière de laser solaire expérimental. Son dispositif est composé d’une lentille de Fresnel (La lentille de Fresnel est un type de lentille inventé par Augustin Fresnel pour équiper le système optique des phares de signalisation marine. Sa…)de 2 m² pour concentrer le rayon lumineux vers un cristal de céramique. Il a réussi à générer un rayon laser d’une puissance de 400 W, pas plus. L’objectif de TIT c’est d’utiliser ce laser solaire pour produire une nouvelle source d’énergie propre et inépuisable. Ce procédé est basé sur l’utilisation cyclique de magnésium (Mg). L’oxyde de magnésium (MgO) est réduit par le rayon laser en Mg, qui peut ensuite réagir avec de l’eau pour donner du MgO et de l’hydrogène. L’hydrogène pourra alors être utilisé dans des Piles à Combustible, notamment et fournir l’énergie électrique … . Cette technologie présente un inconvénient majeur, malheureusement. En effet, le TIT a constaté, que pour une puissance d’un rayon laser, à partir des rayonnements solaires, supérieur à 400 W, le taux de conversion est très faible. S’agissant de la « batterie optique » du Professeur Stephen Rand, vous dites dans votre article ci-dessus : « Il y a une opposition considérable à l’heure actuelle : la lumière doit être portée à une intensité de 10 millions de watts par centimètre carré. C’est plus que la qualité des lasers militaires. Mais W. Fisher affirme travailler actuellement sur l’élaboration de nouveaux matériaux à des intensités plus faibles. » Je pense que l’obstacle majeur est le laser solaire. Car générer un laser solaire d’une puissance considérable pose des problèmes insurmontables, à l’heure actuelle. Et le coût des installations est impossible à amortir et à rentabiliser. En dehors de ces deux obstacles, il reste également d’autres problèmes technologiques, très difficiles à résoudre. Se passer purement et simplement des cellules photovoltaïques, n’est pas une chose facile, malheureusement.