Générer de l’énergie la nuit grâce au moteur Stirling et au froid spatial

Andy Fell

Des ingénieurs de l’université de Californie à Davis ont inventé un dispositif capable de générer de l’énergie mécanique pendant la nuit en reliant la chaleur naturelle qui nous entoure aux profondeurs froides de l’espace. L’invention pourrait être utilisée, par exemple, pour ventiler des serres ou d’autres bâtiments.

Il s’agit d’un type de machine appelé moteur Stirling. D’autres machines, telles que les moteurs à combustion interne, génèrent de l’énergie à partir d’un important gradient thermique, explique Jeremy Munday, professeur d’ingénierie électrique et informatique à l’université de Californie à Davis et coauteur de l’article. En revanche, un moteur Stirling peut fonctionner à partir d’une faible différence de température, comme celle qui existe entre une tasse de café chaud et son environnement.

« Ces moteurs sont très efficaces lorsqu’il n’y a que de faibles différences de température, tandis que d’autres types de moteurs fonctionnent mieux avec des différences de température plus importantes et peuvent produire plus d’énergie », indique M. Munday.

En général, un moteur Stirling est directement relié à une source de chaleur d’un côté et à un environnement plus frais de l’autre. « Si vous le posez simplement sur une table, il ne produira aucune énergie par lui-même, car tous les côtés sont à la même température », explique M. Munday.

Une façon de créer une différence de température consiste bien sûr à chauffer un côté en brûlant du combustible. M. Munday et Tristan Deppe, étudiant diplômé et chercheur, se sont demandé s’ils pouvaient plutôt connecter le côté froid à quelque chose de très, très froid, mais aussi de très lointain : l’espace lointain.

« Il n’est pas nécessaire qu’il soit physiquement en contact avec l’espace, il peut simplement interagir avec lui par rayonnement », ajoute M. Munday. C’est comme lorsque vous vous tenez dehors par une nuit froide et claire : votre tête commence rapidement à refroidir à mesure que la chaleur s’échappe.

L’idée de Deppe et Munday était de prendre un simple moteur Stirling (essentiellement un piston entraînant un volant d’inertie), de le placer sur un panneau qui agit comme une antenne rayonnant de la chaleur et de poser le tout sur le sol à l’extérieur pendant la nuit. Le sol agit comme le côté chaud du moteur et l’antenne canalise le froid de l’espace.

La vidéo présente une technologie innovante de récupération d’énergie ambiante. L’idée principale est d’extraire de l’énergie de l’environnement en utilisant la différence de température entre la Terre (plus chaude) et le ciel nocturne (très froid, équivalent à l’espace). Contrairement aux moteurs classiques qui exploitent des différences de température locales, cette approche utilise l’espace comme source froide, même s’il est très éloigné, grâce à un couplage radiatif. Cette technique permet de récupérer l’énergie de jour comme de nuit, offrant une disponibilité continue. Une des applications envisagées est d’utiliser cette énergie pour faire tourner des ventilateurs dans des serres agricoles, afin d’assurer la circulation de l’air. Les résultats montrés indiquent qu’il est possible de générer suffisamment de flux d’air pour rendre cette solution utile dans ce contexte.

Une année d’expériences nocturnes montre que ce petit dispositif peut effectivement générer au moins 400 milliwatts d’énergie mécanique par mètre carré. Les chercheurs ont utilisé le dispositif à titre expérimental pour alimenter directement un ventilateur et l’ont également couplé à un petit moteur électrique pour produire du courant.

Les expériences montrent qu’il est possible de générer des quantités utiles d’énergie à partir du ciel nocturne. Le potentiel est le plus élevé dans les régions où l’humidité est faible et où le ciel nocturne est généralement clair, a conclu M. Munday. Ce principe pourrait être utilisé, par exemple, pour ventiler des serres ou des bâtiments résidentiels.