Une équipe de recherche a mis au point un matériau hautement piézoélectrique et écologique.
Celui-ci constitue le composant principal d’un nouveau nanogénérateur destiné à alimenter les capteurs des appareils électroniques.
Des chercheurs de l’Université de Waterloo, en Belgique, et de l’Université de Toronto, au Canada, ont mené une étude visant à développer un système de production d’électricité fiable, compact et sans impact environnemental. Après une dizaine d’années de travaux, ils sont parvenus à atteindre leur objectif. Dans les résultats de leur recherche, ils ont déclaré avoir pu inventer un nouveau matériau générateur d’énergie basé sur l’effet piézoélectrique. À travers cet article, nous vous délivrons plus d’explications sur cette découverte ingénieuse.
Qu’est-ce qui a motivé ces ingénieurs ?
Ces dernières années, produire de l’énergie propre est devenu un véritable défi pour de nombreux scientifiques. C’est l’un des moyens concrets pour préserver notre environnement et lutter contre le changement climatique. En ce sens, cette équipe d’ingénieurs a eu l’idée de concevoir un matériau piézoélectrique avec lequel elle a construit des nanogénérateurs écologiques et performants. D’après Asif Khan, chercheur à l’Université de Waterloo, cette innovation permettra aux consommateurs de moins dépendre des sources d’énergies fossiles, polluantes et non renouvelables.
Illustration du comportement d’une pastille piézoélectrique : la contrainte appliquée crée un signal électrique. Par Tizeff — Template:Ownnn, CC BY-SA 3.0
Il a précisé que ce nouveau système repose sur l’effet piézoélectrique. Bien que la découverte de cet effet remonte en 1880, les composants piézoélectriques utilisés dans les technologies restent encore limités, selon ces ingénieurs. Le quartz, le sel de Rochelles et le titano-zirconate de plomb (PTZ) sont parmi les plus connus. De plus, ces matériaux traditionnels possèdent une capacité limitée à produire de l’énergie. Ceux qui sont composés du plomb pourraient, d’ailleurs, présenter un danger pour la santé humaine et l’environnement.
Comment est conçu ce nouveau nanogénérateur ?
Tout d’abord, les chercheurs ont fait développer un grand cristal unique à base d’un composé moléculaire de métal-halogénure, appelé « Edabco – chlorure de cuivre ». Pour cela, ils ont employé l’effet Jahn-Teller qui est caractérisé par la distorsion spontanée de la géométrie d’un champ cristal. Ensuite, ils ont créé des nanogénérateurs à partir de ce nouveau piézoélectrique moléculaire de haute efficacité. Selon Asif Khan, ces dispositifs ont montré une puissance sans précédente. Ils sont capables de capter les plus faibles vibrations mécaniques dans toutes les situations dynamiques. Outre cela, la conversion de vibrations mécaniques en électricité se passe dans un processus innovant, sans recours à l’énergie non renouvelable ni au plomb (ni autre métal lourd).
Le nanogénérateur produit dispose d’une taille minuscule. Son côté est de 2,5 cm seulement et son épaisseur est semblable à celle d’une carte de visite. Par conséquent, ce dispositif peut être intégré dans les capteurs de toutes sortes d’appareils électroniques pour leur fournir de l’électricité. Il pourrait faire fonctionner les capteurs placés dans les objets connectés, les simulateurs cardiaques, les sonars, les engins spatiaux, etc. Dayan Ban, professeur d’ingénierie électrique et informatique à l’Université de Waterloo, affirme que ce matériau piézoélectrique constitue une nouvelle voie à explorer davantage dans ce domaine.
Qu’est-ce que l’effet piézoélectrique ?
Dans cette étude, les chercheurs ont exploité l’effet piézoélectrique « direct ». Celui-ci a lieu lorsqu’une substance appropriée génère un courant électrique sous l’action d’une contrainte mécanique. Le nouveau nanogénérateur à base de matériau piézoélectrique moléculaire possède notamment la capacité de capter les vibrations mécaniques et de les transformer en électricité. Selon Dayan Ban, les battements de cœur humain pourraient alimenter un stimulateur cardiaque doté de cette innovation. Les vibrations d’un avion pourraient faire fonctionner les systèmes de surveillance sensorielle de cet appareil.
Plus d’informations : Nature Communications