Des microgénérateurs pour convertir la chaleur perdue

Le deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l’irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques.

Grâce à l’utilisation de minuscules structures appelées nanofils ferroélectriques, ils ont pu rapidement générer un courant électrique en réponse à un changement de température ambiante, récoltant par ailleurs l’énergie gaspillée lors de fluctuations thermiques. Leur rapport figure dans le "Journal of Applied Physics", une publication de l’American Institute of Physics.

Le chercheur principal, Anna Morozovska de l’Académie nationale des sciences d’Ukraine, explique que "La seconde loi de la thermodynamique s’applique à la vie moderne : Quelque soit le type d’industrie, l’homme produit toujours une énorme quantité de chaleur perdue. Cependant, les lois de la thermodynamique n’excluent pas la "récupération" d’une partie de cette énergie causée par des fluctuations thermiques, dans le but de produire de l’électricité."

La pyroélectricité pourrait jouer un rôle clé dans l’électronique grand public, a indiqué A. Morozovska. La récupération de cette chaleur sous la forme d’énergie pyroélectrique pourrait conduire à l’ère de "l’énergie miniaturisée." Des nanogénérateurs pyroélectriques s’avèreraient être extrêmement utiles pour alimenter des tâches spécifiques dans des applications biologiques, en médecine, en nanotechnologie, et plus spécifiquement dans l’espace, parce qu’ils fonctionnent a basses températures.

Dans leur enquête sur les propriétés pyroélectriques de nanofils ferroélectriques, l’équipe a analysé la façon dont le coefficient pyroélectrique correspondait au rayon du fil et de son couplage. Ils ont constaté que plus le rayon du fil est petit, plus le coefficient pyroélectrique diverge jusqu’à un rayon critique en réponse aux changements para électriques (au-dessus de la température de Curie). Cet "effet de taille" pourrait être utilisé pour ajuster les températures de transition de phase ferroélectrique dans des nanostructures, permettant ainsi au système d’établir une réponse pyroélectrique plus grande et paramétrable.

En théorie, l’utilisation de contacts de redressement pourrait permettre aux nanofils ferroélectriques polarisés de générer un gigantesque courant pyroélectrique, en réponse aux variations de températures qui pourraient être récoltées et détectées à l’aide d’un détecteur bolométrique*. Un tel dispositif nanométrique ne contient aucune pièce mobile et pourrait être approprié pour un fonctionnement à long terme dans des applications ambiantes telles que des systèmes biologiques in vitro ou situés dans l’espace extra-atmosphérique.

* Un bolomètre est un détecteur élémentaire de rayonnement électromagnétique. Son principe est simple : il transforme l’énergie du rayonnement électromagnétique incident en chaleur. En choisissant un matériau dont la résistance électrique change avec la température, on peut donc mesurer les variations d’impédance du détecteur, et donc l’énergie électromagnétique incidente.