Les ingénieurs ont démontré quelque chose de merveilleux. Presque tous les matériaux peuvent être utilisés pour créer un appareil qui récupère en continu l’énergie de l’air humide.
Ce n’est pas un développement prêt pour une application pratique, mais il dépasse, selon ses créateurs, certaines des limites des autres moissonneuses. Tout le matériel nécessaire doit être rempli de nanopores de moins de 100 nanomètres de diamètre. C’est environ un millième de la largeur d’un cheveu humain, donc plus facile à dire qu’à faire mais beaucoup plus simple que prévu.
Un tel matériau peut récolter l’électricité générée par des gouttelettes d’eau microscopiques dans l’air humide, selon une équipe dirigée par l’ingénieur Xiaomeng Liu de l’Université du Massachusetts à Amherst.
Ils ont appelé leur découverte “l’effet Air-gen générique”.
“L’air contient une énorme quantité d’électricité”, explique l’ingénieur Jun Yao de l’UMass Amherst.
“Pensez à un nuage, qui n’est rien de plus qu’une masse de gouttelettes d’eau. Chacune de ces gouttelettes contient une charge, et lorsque les conditions sont réunies, le nuage peut produire un éclair – mais nous ne savons pas comment capter l’électricité de manière fiable. Ce que nous avons fait, c’est créer un petit nuage construit par l’homme qui produit de l’électricité pour nous de manière prévisible et continue afin que nous puissions la récolter.
Si Air-gen vous semble familier, c’est parce que l’équipe a précédemment développé un récupérateur d’énergie de l’air. Cependant, leur dispositif antérieur reposait sur des nanofils de protéines cultivés par une bactérie appelée Geobacter sulfurreducens.
Eh bien, il s’avère que la bactérie n’est pas nécessaire.
“Ce que nous avons réalisé après avoir fait la découverte de Geobacter, c’est que la capacité à générer de l’électricité à partir de l’air – ce que nous appelions alors “l’effet Air-gen” – s’avère être générique : littéralement, n’importe quel type de matériau peut récolter de l’électricité à partir de l’air, comme tant qu’il a une certaine propriété », explique Yao.
Vue d’artiste d’un appareil Air-gen. (Derek Lovley/Ella Maru Studio)
Cette propriété est les nanopores, et leur taille est basée sur le libre parcours moyen des molécules d’eau dans l’air humide. C’est la distance qu’une molécule d’eau peut parcourir dans l’air avant d’entrer en collision avec une autre molécule d’eau.
Le dispositif générique Air-gen est fabriqué à partir d’un film mince de matériau, tel que la cellulose, la protéine de soie ou l’oxyde de graphène. Les molécules d’eau dans l’air peuvent facilement pénétrer dans les nanopores et se déplacer du haut du film vers le bas, mais elles se heurtent aux côtés du pore lorsqu’elles se déplacent.
Ces transferts chargent le matériau, produisant une accumulation, et parce que davantage de molécules d’eau pénètrent dans la partie supérieure du film, un déséquilibre de charge se produit entre les deux côtés.
Cela produit un effet similaire à ce que nous voyons dans les nuages produisant des éclairs : l’air qui monte crée plus de collisions entre les gouttelettes d’eau au sommet d’un nuage, ce qui entraîne un excès de charge positive dans les nuages supérieurs et un excès de charge négative dans les nuages inférieurs.
Dans ce cas, la charge pourrait potentiellement être redirigée pour alimenter de petits appareils ou stockée dans une batterie quelconque.
Pour le moment, il n’en est qu’à ses débuts. Le film de cellulose testé par l’équipe avait une sortie de tension spontanée de 260 millivolts dans l’environnement ambiant, alors qu’un téléphone portable nécessite une sortie de tension d’environ 5 volts. Mais la finesse des films signifie qu’ils pourraient être empilés pour mettre à l’échelle les appareils Air-gen afin de les rendre plus pratiques.
Et le fait qu’ils puissent être fabriqués à partir de différents matériaux signifie que les appareils pourraient être adaptés à l’environnement où ils doivent être utilisés, selon les chercheurs.
“L’idée est simple, mais elle n’a jamais été découverte auparavant, et elle ouvre toutes sortes de possibilités”, déclare Yao. “Vous pourriez imaginer des moissonneuses faites d’un type de matériau pour les environnements de forêt tropicale et d’un autre pour les régions plus arides.”
La prochaine étape consisterait à tester les appareils dans différents environnements et à travailler également sur leur mise à l’échelle. Mais l’effet Air-gen générique est réel, et les possibilités qu’il représente sont pleines d’espoir.
“C’est très excitant”, dit Liu. “Nous ouvrons une grande porte pour récolter de l’électricité propre à partir de rien.”
La recherche a été publiée dans Advanced Materials.
