Toile d’araignée et feuille végétale : la nature inspire les chercheurs

La prochaine génération de capture de la lumière pourrait bien connaître une avançée significative grâce à des concepts inspirés de la nature (toile d’araignée, feuille végétale), selon des physiciens du Boston College et de l’Université normale de Chine du Sud.

Des structures aussi banales que des toiles d’araignée ou des feuilles nervurées peuvent conduire à une performance quasi optimale lorsqu’elles sont transposées vers des dispositifs flexibles et durables. Dans une étude publiée dans la revue Nature Communications, on apprend que ces derniers pourraient être utilisés dans des applications opto-électroniques.

"Notre idée est assez simple et de grande envergure", déclare Andrzej Herczynski, Professeur de recherche en physique et co-auteur du rapport. "Cela commence avec la promesse que les formes naturelles offriraient des solutions prêtes à l’emploi pour des conceptions efficaces, testées sur des millions d’années par la sélection naturelle."

Une architecture en réseau inspirée par la structure des nervures d’une feuille peut ainsi devenir un modèle afin de concevoir une électrode efficace à destination de cellules solaires, de sources de lumière et de chauffages transparents, entre autres applications, ont précisé l’équipe de chercheurs.

"Cette structure naturelle a été optimisée par le processus évolutif pour fournir efficacement des éléments nutritifs avec un maximum de force et de récupération de lumière," a déclaré Krzysztof Kempa, co-auteur et professeur de physique au Boston College. "Dans notre application, ces propriétés se traduisent par un transport (d’énergie) très efficace, des propriétés mécaniques intéressantes, et un minimal d’ombrage."

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Une deuxième architecture va s’appuyer quant à elle sur les pièges que représentent les toiles d’araignées. Ces dernières deviennent en effet un moyen très efficace pour attirer la lumière à travers un dispositif optoélectronique. Selon les chercheurs, ce dispositif pourrait trouver une application potentielle dans les écrans tactiles de nouvelle génération en raison de son extrême souplesse d’affichage, de sa résistance mécanique importante, de sa transparence et de son degré élevé d’uniformité.

Un des principaux avantages que propose ces deux architectures demeure son faible coût et sa simplicité de fabrication.

Les chercheurs indiquent qu’ils ont été surpris par la performance des dispositifs dans des scénarios expérimentaux. Les deux systèmes ont fait quadrupler les propriétés électro-optiques, ou la figure de référence. En outre, le système basé sur la toile d’araignée peut être étiré jusqu’à 25%, sans aucune perte de performance et n’affiche qu’une baisse minime lorsqu’il est étiré jusqu’à 100% de sa taille d’origine.

"Aucun autre réseau d’électrodes ne peut être étiré plus de 10%", a déclaré Krzysztof Kempa. Les chercheurs affirment que des modèles spécifiques qu’ils ont eux-mêmes proposés pourraient améliorer l’efficacité des cellules solaires et la performance des nouvelles générations d’écrans tactiles, d’écrans flexibles et durables.

"Augmenter l’efficacité des cellules solaires en particulier, est un élément essentiel dans la recherche sur les sources d’énergie renouvelable, une meilleure durabilité et un défi écologique", a déclaré Andrzej Herczynski. "Les écrans flexibles seront probablement amenés à être utilisé dans les écrans portables (au sens vêtement du terme) et les smartphones extensibles (élasticité)."