Récolter une grande énergie à partir de petits mouvements

Depuis les anciens Grecs, l’humanité sait que si vous mettez deux choses en contact, une petite quantité d’électricité est créée. Un exemple est que nous pouvons frotter un ballon avec nos cheveux et générer suffisamment d’électricité pour le coller au plafond.

Le même principe a été appliqué à nos nouvelles recherches publiées dans la revue Petitqui a découvert comment fabriquer une génération d’énergie optimale entre de très petites couches de fibres dans le matériau.

Chacune de ces minuscules fibres est environ 100 fois plus fine qu’un cheveu humain. Ils sont composés de polymères qui sont des chaînes répétitives des mêmes unités. Dans ce cas, nous avons utilisé les polymères éthylène-acétate de vinyle – qui, entre autres utilisations, confèrent aux chaussures de course leur “élasticité” – et l’acide polylactique – qui provient du même acide qui provoque des crampes musculaires après l’exercice.

Nous avons alterné les deux différents types de fibres en couches d’une manière très spécifique, pour faire des “laminés”. Ces stratifiés sont constitués de nombreuses couches microscopiques empilées, et chaque patch stratifié est composé de dizaines de milliers de fibres.

Partout où il y a un mouvement autour des couches de fibres, de l’électricité est générée à partir du frottement entre chaque couche.

Nous avons modifié la taille et la texture de ces couches de fibres et les avons ordonnées de manière très spécifique pour optimiser le frottement et l’électrification par contact, et finalement générer la charge maximale.

Nos recherches ont démontré qu’en utilisant cet ordre, nous pouvons produire environ 400 fois plus d’électricité à partir du mouvement qu’il n’était possible auparavant à partir de ces matériaux. Comme on peut toujours introduire plus d’interfaces en utilisant des fibres plus fines, ce type de génération d’énergie est très évolutif.

Cela a des applications potentielles passionnantes où il y a beaucoup de mouvement, mais maintenant ce n’est qu’à une très petite échelle, par exemple, utiliser le mouvement humain pour alimenter une montre intelligente ou recharger un appareil implantable tel qu’un stimulateur cardiaque.

Dans le domaine biomédical, il est possible de capter l’énergie du sang circulant dans une artère ou une veine pour faire fonctionner une pompe à insuline plus longtemps par exemple.

Cette capacité est également très puissante dans le domaine de la détection, en particulier s’il est nécessaire de mesurer de très petites vibrations de l’environnement, comme la surveillance d’une activité sismique mineure ou de changements de débit d’eau, ou d’alimenter des capteurs dans des endroits éloignés où vous ne pouvez pas avoir beaucoup de soleil.

Dans ces scénarios, vous ne pouvez pas utiliser de cellules solaires ou remplacer facilement une batterie. Pouvoir récolter de l’énergie uniquement à partir des vibrations du sol pour maintenir le fonctionnement d’Internet et d’autres infrastructures essentielles présente un potentiel important.

Faire des stratifiés

La recherche a été effectuée en collaboration avec le professeur Andris Sutka de l’Université technique de Riga en Lettonie en utilisant un processus appelé électrofilage pour créer les fibres polymères. En ajustant l’outil d’électrofilage, nous avons pu ajuster le polymère que nous tournions et son épaisseur.

L’un des défis de la recherche était d’ordonner et de contrôler la façon dont les couches de polymère interagissent les unes avec les autres. Il est très délicat de contrôler la façon dont chaque fibre vibre par rapport à l’autre et si vous vous trompez de commande, l’électricité générée s’annule.

Un autre défi est que les polymères sont très mous et peuvent se déformer facilement. Ainsi, lorsque nous essayons de regarder à l’intérieur des matériaux pour évaluer leur structure, ils peuvent fondre ou se casser. Cela rend difficile la caractérisation des matériaux et le processus de création de ces stratifiés polymères microscopiquement petits est très lent.

Une solution moderne à un problème ancien

Malgré ces défis, nous avons parcouru un très long chemin depuis la première compréhension de la charge électrique par les anciens Grecs.

Nos recherches au cours des trois dernières années ont porté sur les plastiques et sur la manière de contrôler la chimie pour influencer la charge. C’est l’aboutissement d’une nouvelle compréhension de la charge des plastiques, rendue possible par la physique quantique dans les années 1900 et le développement d’instruments qui nous permettent de détecter avec précision ce qui se passe, car nous devons mesurer de très petits courants à des intervalles de temps très précis.

Nous examinons maintenant différentes façons d’utiliser l’énergie que nous produisons. Cette étude a produit 400 fois plus d’énergie que jamais auparavant. Cependant, c’est encore une quantité relativement faible, donc les applications seront différentes pour dire une cellule solaire ou d’autres types de génération d’énergie de masse.

Pour le moment, nous n’avons examiné que deux types de plastiques, mais il en existe des centaines d’autres qui nous permettront de générer encore plus d’énergie.

Il est plus probable que l’énergie générée sera utilisée à sa source, il n’y a donc pas de perte de cette petite mais précieuse énergie dans le processus de transfert. Il existe également des applications potentielles dans la récupération d’énergie acoustique, où vous récupérez l’énergie des personnes qui parlent et des vibrations.

Maintenant que nous savons que nous pouvons utiliser ces fibres et les commander pour effectuer une charge, nous pouvons créer différents facteurs de forme tels qu’une doublure creuse pour l’intérieur d’un tuyau ou un rembourrage qui peut enregistrer la quantité de vibrations subie par un colis expédié et commencer à le concevoir pour résoudre différents problèmes. Cela peut avoir des applications si nous envisageons de revêtir des tuyaux ou de construire des pylônes pour exploiter l’énergie des infrastructures, par exemple.

Le potentiel de transformation de cette découverte est passionnant, même s’il reste quelques années à mesure que nous en apprenons davantage sur la façon d’exploiter l’énergie de petits mouvements pour propulser de grandes avancées.