Appareil qui convertit la chaleur en électricité

Grâce aux métamatériaux, les scientifiques développent un dispositif capable d'émettre des rayons infrarouges à des fréquences contrôlées. Ils espèrent qu'à l'avenir, ce dispositif pourra exploiter la chaleur excédentaire issue des activités de fabrication pour la recycler en électricité.

Similaires aux rayons lumineux visibles, les rayons infrarouges sont également une forme de rayonnement électromagnétique et transportent de l'énergie. Par exemple, les fours de fusion du fer, de l'acier, des métaux… sont des sources de rayonnement thermique de forte puissance, souvent alimentées par l'électricité.

Cependant, en raison du faible rendement du four, la majeure partie de cette électricité est convertie en énergie thermique sous forme de rayonnement et est gaspillée dans l'environnement. Les scientifiques ont donc trouvé un moyen de récupérer cette chaleur perdue pour la convertir en électricité et la réutiliser à d'autres fins.

La technique d’exploitation du rayonnement thermique pour le convertir en électricité est appelée thermophotovoltaïque (TPV), qui est de nature similaire à l’énergie solaire.

Structure d'un dispositif TPV pour convertir l'énergie thermique en énergie électrique.

Willie J. Padilla, chercheur principal, décrit la nature de la couche de rayonnement thermique : « Comme la quantité, ou l’intensité, du rayonnement infrarouge peut être contrôlée, cette nouvelle couche pourrait ouvrir une nouvelle voie pour capter et réutiliser la chaleur perdue. La réutilisation de la chaleur résiduelle suscite un vif intérêt, et notre technologie pourrait améliorer ce processus. »

L'élément central de la technologie que Padilla et ses étudiants espèrent développer est celui des métamatériaux. Il s'agit de matériaux artificiels qui n'existent pas dans la nature, mais qui possèdent des propriétés extrêmement particulières, dont l'essence réside dans une structure physique différente de celle du matériau naturel d'origine.

Plus précisément, l'équipe de Padilla a combiné un métamatériau conçu pour une absorption et une émission infrarouges hautes performances avec des systèmes microélectromécaniques (MEMS). Cette combinaison a donné naissance à un dispositif dont les propriétés infrarouges peuvent être rapidement modifiées à l'échelle pixel par pixel.

Métamatériaux aux propriétés « opposées » aux matériaux conventionnels présents dans la nature.

Mais le point le plus remarquable par rapport aux dispositifs TPV traditionnels d'Optica est qu'il peut modifier le rayonnement infrarouge émis sans aucun chauffage ni refroidissement. Optica peut fonctionner à température normale sans que la plage de rayonnement prise en charge ne soit réduite comme les anciens dispositifs TPV.

Ce détail permet aux dispositifs TPV basés sur Optica de convertir davantage de formes d'infrarouge en électricité, de la chaleur du corps humain à la chaleur du moteur de voiture, ce qui est assez faible par rapport aux températures émises par les fours ou les fonderies de métaux.

La capacité de diffuser de la chaleur à volonté permet la création de couches de camouflage thermiques « d'invisibilité ».

À l'avenir, l'équipe prévoit d'étendre la couche MEMS à 128 x 128 pixels, permettant une plus large gamme d'applications, de la conversion de la chaleur infrarouge en électricité au masquage du rayonnement infrarouge émis par les corps humains ou les véhicules, aidant les soldats à mieux se camoufler des lunettes d'imagerie thermique ennemies.

Selon Khoahoc.tv