Des chercheurs travaillent à exploiter l’énergie des océans pour alimenter des appareils

Les tsunamis, les ouragans et la météo maritime sont surveillés à l’aide de capteurs et d’autres dispositifs installés sur des plates-formes dans l’océan pour aider à assurer la sécurité des communautés côtières, jusqu’à ce que les batteries de ces plates-formes soient à court de puissance. Sans électricité, les capteurs océaniques ne peuvent pas collecter de données critiques sur les vagues et la météo, ce qui entraîne des problèmes de sécurité pour les communautés côtières qui dépendent d’informations météorologiques maritimes précises. Le remplacement des batteries en mer coûte également cher. Et si tout cela pouvait être évité en alimentant les appareils indéfiniment à partir de l’énergie des vagues océaniques ?

Les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) s’efforcent d’en faire une réalité avec le développement d’un nouveau nanogénérateur triboélectrique cylindrique (TENG) – une petite centrale électrique qui convertit l’énergie des vagues en électricité pour alimenter les appareils en mer. Des versions plus grandes de ce générateur pourraient être utilisées pour alimenter les systèmes d’observation et de communication des océans, y compris la télémétrie acoustique et par satellite.

“Les TENG sont peu coûteux, légers et peuvent convertir efficacement des ondes lentes, uniformes ou aléatoires en énergie, ce qui les rend particulièrement bien adaptés pour alimenter des appareils en haute mer où la surveillance et l’accès sont difficiles et coûteux”, a expliqué Daniel Deng, un PNNL. chercheur en laboratoire et co-développeur du nouveau dispositif TENG.

Deng et son équipe ont adopté une nouvelle approche pour faire progresser les TENG cylindriques à utiliser en haute mer. Leur nanogénérateur triboélectrique cylindrique à multiplication de fréquence (FMC-TENG) en instance de brevet utilise des aimants soigneusement placés pour convertir l’énergie plus efficacement que les autres TENG cylindriques et pour mieux transformer les ondes lentes et uniformes en électricité. Jusqu’à présent, le prototype FMC-TENG a été capable de produire suffisamment d’électricité pour alimenter un émetteur acoustique, un type de capteur souvent inclus sur les plates-formes d’observation des océans qui peut être utilisé pour les communications. C’est à peu près la même quantité d’électricité qu’il faut pour alimenter une ampoule LED.

“Nous développons le FMC-TENG pour tout alimenter, des plates-formes d’observation océanique avec plusieurs capteurs aux communications par satellite, le tout utilisant la puissance de l’océan”, a déclaré Deng.

Fourrure artificielle, aimants et vagues pour la puissance

Si vous avez déjà été électrocuté par l’électricité statique, vous avez personnellement expérimenté l’effet triboélectrique, le même effet que les chercheurs exploitent dans le FMC-TENG pour produire de l’énergie. Un TENG cylindrique est composé de deux cylindres imbriqués, le cylindre intérieur tournant librement. Entre les deux cylindres se trouvent des bandes de fourrure artificielle, des électrodes en aluminium et un matériau similaire au téflon appelé éthylène propylène fluoré (FEP). Lorsque le TENG roule à la surface d’une vague océanique, les électrodes en fourrure artificielle et en aluminium d’un cylindre frottent contre le matériau FEP de l’autre cylindre, créant de l’électricité statique qui peut être convertie en énergie.

Plus un TENG cylindrique se déplace, plus il génère d’énergie. C’est pourquoi les vagues rapides et fréquentes peuvent générer plus d’énergie que les vagues plus lentes et plus uniformes de l’océan ouvert. Pour proposer un TENG qui pourrait alimenter l’électronique en pleine mer, Deng et son équipe ont entrepris d’augmenter la quantité d’énergie des vagues convertie en électricité dans le FMC-TENG. Il s’est avéré que la clé était d’empêcher temporairement le cylindre intérieur du FMC-TENG de bouger.

Dans le FMC-TENG, l’équipe a positionné des aimants pour empêcher le cylindre interne de l’appareil de tourner jusqu’à ce qu’il atteigne la crête d’une vague, lui permettant d’accumuler de plus en plus d’énergie potentielle. Près de la crête de la vague, les aimants se sont relâchés et le cylindre interne a commencé à rouler très rapidement sur la vague. Le mouvement plus rapide a produit de l’électricité plus efficacement, générant plus d’énergie à partir d’une onde plus lente.

Un convertisseur d’énergie des vagues pour l’océan ouvert

Actuellement, le prototype FMC-TENG peut produire suffisamment d’énergie pour faire fonctionner de petits appareils électroniques, comme des capteurs de température et des émetteurs acoustiques. Alors que l’équipe réitère sa conception à des fins commerciales, le FMC-TENG devrait produire suffisamment d’énergie pour faire fonctionner une plate-forme complète de surveillance de l’océan ouvert comprenant plusieurs capteurs et des communications par satellite. De plus, le FMC-TENG est léger et peut être utilisé à la fois dans des appareils flottants et des plates-formes amarrées.

“Le FMC-TENG est unique car il existe très peu de convertisseurs d’énergie des vagues efficaces et capables de générer une puissance significative à partir des vagues océaniques à basse fréquence”, a déclaré Deng. “Ce type de générateur pourrait potentiellement alimenter des bouées intégrées avec des réseaux de capteurs pour suivre les données sur l’eau, le vent et le climat en pleine mer en utilisant entièrement l’énergie océanique renouvelable.”

L’étude est publiée dans la revue Nano énergie.