Lorsqu’on marche dessus, ces planchers en bois récoltent assez d’énergie pour allumer une ampoule

Lorsqu'on marche dessus, ces planchers en bois récoltent assez d'énergie pour allumer une ampoule

Ce résumé graphique montre comment les pas sur les planchers de bois fonctionnalisés peuvent être utilisés pour alimenter de petits appareils. Crédit : Sun et al./Matière

Des chercheurs suisses puisent sous nos pieds une source d’énergie inattendue : les parquets. Leur nanogénérateur, présenté le 1er septembre dans la revue Question, permet au bois de produire de l’énergie à partir de nos pas. Ils ont également amélioré le bois utilisé dans leur nanogénérateur avec une combinaison d’un revêtement en silicone et de nanocristaux intégrés, ce qui a donné un appareil 80 fois plus efficace, suffisamment pour alimenter des ampoules LED et de petits appareils électroniques.

L’équipe a commencé par transformer le bois en un nanogénérateur en prenant en sandwich deux morceaux de bois fonctionnalisé entre des électrodes. Comme une chaussette collante à une chemise fraîchement sortie de la sécheuse, les morceaux de bois se chargent électriquement par des contacts et des séparations périodiques lorsqu’on marche dessus, un phénomène appelé effet triboélectrique. Les électrons peuvent passer d’un objet à un autre, générant de l’électricité. Cependant, il y a un problème avec la fabrication d’un nanogénérateur en bois.

« Le bois est fondamentalement triboneutral », explique l’auteur principal Guido Panzarasa, chef de groupe de la chaire de science des matériaux du bois située à l’Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich et aux Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux (Empa) Dübendorf. « Cela signifie que le bois n’a pas vraiment tendance à acquérir ou à perdre des électrons. » Cela limite la capacité du matériau à générer de l’électricité, « le défi est donc de fabriquer du bois capable d’attirer et de perdre des électrons », explique Panzarasa.

Pour renforcer les propriétés triboélectriques du bois, les scientifiques ont enduit un morceau de bois de polydiméthylsiloxane (PDMS), un silicone qui gagne des électrons au contact, tout en fonctionnalisant l’autre morceau de bois avec in situ-des nanocristaux cultivés appelés zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8). ZIF-8, un réseau hybride d’ions métalliques et de molécules organiques, a une tendance plus élevée à perdre des électrons. Ils ont également testé différents types de bois pour déterminer si certaines essences ou le sens dans lequel le bois est coupé pouvaient influencer ses propriétés triboélectriques en servant de meilleur échafaudage pour le revêtement.







Un prototype de la façon dont l’énergie pourrait être capturée à partir de pas sur un nanogénérateur de bois fonctionnalisé pour allumer une ampoule. Crédit : Sun et al./Matière

Les chercheurs ont découvert qu’un nanogénérateur triboélectrique fabriqué à partir d’épicéa coupé radialement, un bois courant pour la construction en Europe, était le plus performant. Ensemble, les traitements ont augmenté les performances du nanogénérateur triboélectrique : il a généré 80 fois plus d’électricité que le bois naturel. La production d’électricité de l’appareil était également stable sous des forces constantes jusqu’à 1 500 cycles.

Les chercheurs ont découvert qu’un prototype de plancher en bois avec une surface légèrement plus petite qu’un morceau de papier peut produire suffisamment d’énergie pour alimenter les lampes LED domestiques et les petits appareils électroniques tels que les calculatrices. Ils ont réussi à éclairer une ampoule avec le prototype lorsqu’un adulte humain a marché dessus, transformant les pas en électricité.

« Notre objectif était de démontrer la possibilité de modifier le bois avec des procédures relativement respectueuses de l’environnement pour le rendre triboélectrique », explique Panzarasa. « L’épicéa est bon marché et disponible et possède des propriétés mécaniques favorables. L’approche de fonctionnalisation est assez simple, et elle peut être évolutive au niveau industriel. Ce n’est qu’une question d’ingénierie. »

En plus d’être efficace, durable et évolutif, le nanogénérateur nouvellement développé préserve également les caractéristiques qui rendent le bois utile pour la décoration intérieure, notamment sa robustesse mécanique et ses couleurs chaudes. Les chercheurs affirment que ces caractéristiques pourraient aider à promouvoir l’utilisation de nanogénérateurs à bois comme sources d’énergie verte dans les bâtiments intelligents. Ils disent également que la construction en bois pourrait aider à atténuer le changement climatique en séquestrant le CO2 de l’environnement tout au long de la durée de vie du matériau.

La prochaine étape pour Panzarasa et son équipe est d’optimiser davantage le nanogénérateur avec des revêtements chimiques plus respectueux de l’environnement et plus faciles à mettre en œuvre. « Même si nous nous sommes initialement concentrés sur la recherche fondamentale, la recherche que nous effectuons devrait finalement déboucher sur des applications dans le monde réel », déclare Panzarasa. « Le but ultime est de comprendre les potentialités du bois au-delà de celles déjà connues et de permettre au bois de nouvelles propriétés pour de futurs bâtiments intelligents durables. »


Utiliser du bois ramolli pour créer de l’électricité dans les maisons


Plus d’information:
Question, Sun et al. : « Functionalized wood with tunable tribo-polarity for efficient triboelectric nanogenerators » www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00393-3 , DOI: 10.1016/j.matt.2021.07.022

Citation: Lorsqu’on marche dessus, ces parquets récoltent suffisamment d’énergie pour allumer une ampoule (2021, 1er septembre) récupérée le 1er septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-wooden-floors-harvest-energy-lightbulb .html

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