Les récents incendies dévastateurs dans la forêt amazonienne et le bush australien soulignent la nécessité de détecter les feux de forêt à un stade précoce, avant qu’ils ne deviennent incontrôlables. Les méthodes actuelles comprennent les satellites d’imagerie infrarouge, la télédétection, les tours de guet et les patrouilles aériennes, mais lorsqu’ils tirent la sonnette d’alarme, il peut être trop tard. Des chercheurs, dont les travaux sont publiés dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces, ont mis au point des « puces en papier » autoalimentées qui détectent les premiers incendies et transmettent un signal.
Auparavant, les scientifiques ont proposé de placer un réseau de capteurs dans la forêt qui pourrait détecter les changements de température, de fumée ou d’humidité et transmettre sans fil un signal aux intervenants. Cependant, un tel système n’a pas encore semblé pratique parce que tous les composants de détection nécessitent de l’énergie.
Les piles finissent par s’épuiser et doivent être remplacées. Les matériaux thermoélectriques, qui convertissent les différences de température en électricité, pourraient simultanément détecter les augmentations de température dues aux incendies et s’alimenter eux-mêmes. Cependant, la plupart de ces matériaux sont des semi-conducteurs inorganiques solides, qui sont souvent coûteux, rigides et peu respectueux de l’environnement.
Yapei Wang et ses collègues ont voulu savoir si les liquides ioniques pouvaient être utilisés comme matériaux thermoélectriques pour la détection des incendies. Ces liquides sont des sels à l’état liquide, et deux types différents de liquides ioniques peuvent être connectés en série pour générer des signaux.
Pour fabriquer des capteurs thermoélectriques à base de papier, les chercheurs ont choisi deux liquides ioniques qui se comportent différemment lorsque la température augmente : L’un s’adsorbe à la surface des électrodes en or, tandis que l’autre se désorbe, produisant des tensions opposées (positives ou négatives). Ils ont déposé chaque liquide ionique comme une encre entre deux électrodes d’or qui ont été pulvérisées sur une feuille de papier ordinaire.
Connectés en série, les deux liquides ioniques produisaient un signal électrique lorsqu’une grande différence de température se produisait, comme dans le cas d’un incendie. Dans un test pilote du nouveau capteur, les chercheurs en ont fixé un à une plante d’intérieur. Lorsqu’ils ont placé une boule de coton enflammée près des racines de la plante, la température au bas du capteur a rapidement augmenté, produisant un signal de tension qu’une puce de micro-ordinateur a transmis sans fil à un récepteur. En captant le signal, le récepteur a activé une alarme sonore et une lumière rouge. Selon les chercheurs, les puces thermoélectriques en papier sont bon marché (0,04 dollar) et les matériaux utilisés sont écologiques.
Les auteurs reconnaissent le financement de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et du Programme national clé de R&D de Chine.
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