Comment fonctionne le feutre de puissance

Vous avez probablement vécu cette expérience : vous êtes en déplacement toute la journée et vous n'avez pas eu l'occasion de brancher votre iPhone , et juste au moment où vous avez besoin de passer un appel ou de consulter vos e-mails, vous voyez ce petit bouton rouge icône qui indique que votre batterie est sur le point de s'épuiser. C'est tellement frustrant que ça vous donne un peu chaud sous le col. Mais attendez - c'est peut-être la solution. Et si, au lieu de faire sauter un joint, vous pouviez d'une manière ou d'une autre convertir cet excès de chaleur corporelle en électricité et l'utiliser pour alimenter votre téléphone ou un autre appareil portable ?

Vous avez en fait déjà vu une variante de cette idée, si vous êtes un fan de la trilogie cinématographique "Matrix", dans laquelle un réseau informatique géant s'alimente en siphonnant l'énergie de légions d'êtres humains comateux et involontaires. Nous ne parlons pas de quelque chose d'aussi effrayant, cependant. La production d'énergie thermoélectrique à petite échelle, dans laquelle la chaleur corporelle est récoltée pour alimenter des appareils portables, est un concept que les scientifiques ont étudié de près ces dernières années - alors que notre envie de transporter des gadgets gourmands en énergie dans nos poches a continué de croître. .

Récemment, des chercheurs du Centre de nanotechnologie et de matériaux moléculaires de l'Université de Wake Forest ont stimulé les perspectives de production d'énergie thermoélectrique lorsqu'ils ont développé un matériau semblable à un tissu appelé "feutre de puissance", qui est capable d'exploiter les différences entre la chaleur d'un objet et la température ambiante pour générer un charge électrique [source : Neal ].

Un chercheur qui a travaillé sur le projet envisage de fabriquer une veste à partir de feutre électrique et de l'utiliser pour alimenter un iPod, une idée qui sonne plutôt bien pour les amateurs de jogging par temps frais. Mais le feutre de puissance ne doit pas seulement aller dans un vêtement. Une poignée de lampe de poche recouverte de feutre électrique pourrait être une bonne chose à avoir pendant une panne de courant prolongée, et un siège de voiture fait de ce matériau pourrait tirer de l'énergie de votre postérieur pour alimenter vos fenêtres ou votre radio. Et il existe d'autres sources d'énergie non humaines que nous pourrions également utiliser [source : Neal ].

Si vous ne savez pas comment votre corps en sueur pourrait alimenter un iPad lors d'une chaude journée d'été, pensez-y de cette façon : presque toute l'électricité que les humains utilisent - environ 10 000 milliards de watts - est générée en libérant de l'énergie thermique (généralement en brûlant des combustibles fossiles pour chauffer l'eau), puis en convertissant cette chaleur en énergie mécanique. L'énergie mécanique est ensuite utilisée pour lancer des générateurs et produire du courant électrique. Cette méthode éprouvée, appelée génération d'énergie thermoélectrique , produit beaucoup d'énergie, c'est certain. Mais cela gaspille également beaucoup d'énergie, car le processus mécanique n'est pas très efficace pour utiliser la chaleur. En fait, plus de la moitié de cette chaleur s'échappe simplement dans l'atmosphère [source : Jacques ].

Ce serait bien mieux, du moins en théorie, si nous pouvions trouver un moyen pratique de générer de l'électricité directement à partir de la chaleur elle-même. Les scientifiques savent depuis longtemps qu'il est possible de le faire, car lorsqu'il y a une différence de température entre l'environnement et celle d'un objet, un matériau conducteur entre les deux peut utiliser ce contraste pour générer du courant électrique, sans turbine ni générateur mécanique. C'est ce qu'on appelle l' effet Seebeck [source : Timmer , Ozcanli ].

L'astuce pour générer et récolter cette électricité non mécanique est de trouver le bon matériau conducteur. Depuis un certain temps, les chercheurs construisent des générateurs thermoélectriques directs qui utilisent un alliage métallique, le tellurure de bismuth et d'antimoine, qui a la capacité de générer de l'électricité à partir de la chaleur. Mais ce matériel est cher et ce n'est pas si efficace [source : DOE ].

C'est pourquoi tout le monde est si enthousiasmé par le feutre électrique, qui - malgré son nom - n'est pas en fait un tissu tissé à partir de laine, comme celui qu'ils utilisent sur les tables de billard. Au lieu de cela, le feutre de puissance est constitué de fibres de plastique enroulées autour de minuscules - et par minuscules, nous entendons un atome d'épaisseur - des structures appelées nanotubes de carbone, qui sont vraiment, vraiment bonnes pour conduire l'électricité. Il est également potentiellement bon marché à fabriquer, ce qui signifie que nous pourrions l'utiliser partout [source : Neal , Zhang ].

Même s'il serait cool d'alimenter un iPad avec votre chaleur corporelle, nous n'avons probablement pas à nous soucier d'être asservis pour alimenter un réseau informatique géant comme dans les films "Matrix". L'homme est une source potentielle d' électricité , mais assez limitée. Un homme adulte, par exemple, pourrait théoriquement être capable de générer 100 à 120 watts d'énergie. Cela n'éclairera pas l'Empire State Building, mais cela pourrait suffire à alimenter certains appareils électroniques personnels - un ordinateur portable nécessite environ 45 watts et un téléphone portable n'a besoin que d'environ 1 watt pour fonctionner [source : Ozcanli ].

Cela dit, les chercheurs ont encore du chemin à parcourir avant de pouvoir exploiter une partie importante du potentiel de notre corps pour générer de l'électricité. Alors que l'idée de puissance ressentie est prometteuse, la version de démonstration initiale n'a la capacité de générer qu'environ 140 nanowatts de jus [source : Zhang ]. Le méchant agent Smith des films "Matrix" serait déçu, car il ne s'agit que d'environ un milliardième de watt. Les autres matériaux conducteurs disponibles pour convertir la chaleur corporelle en énergie ne font pas beaucoup mieux. Selon une estimation, de tels appareils sont capables de récolter environ 0,4 % de l'énergie thermique du corps et de la convertir en électricité. Cela signifie que si vous couvriez tout votre corps avec des générateurs thermoélectriques, vous ne produiriez que 0,5 watt d'électricité [source :

Néanmoins, nous améliorerons probablement ces performances au fil du temps et développerons simultanément des appareils électroniques qui consomment beaucoup plus d'énergie que les gadgets d'aujourd'hui. Les chercheurs travaillent déjà, par exemple, pour développer des capteurs médicaux super économes en énergie qui pourraient s'écouler de la chaleur corporelle d'un patient. Mais le véritable avantage de la puissance ressentie peut provenir de son utilisation pour capter l'énergie thermique gaspillée par nos machines. Des recherches récentes au Massachusetts Institute of Technology, par exemple, indiquent qu'en puisant dans la chaleur perdue des ordinateurs portables et des téléphones portables, nous pourrions être en mesure de faire l'équivalent de doubler la durée de vie de leur batterie. Doublure des moteurs d'automobiles et des murs intérieurs et des tuyaux des centrales électriques avec du feutre électrique pourrait produire une vaste quantité d'électricité que nous ne savions même pas que nous avions [source : Chandler].

Je suis un grand fan de science-fiction dystopique, et le film de 1999 "The Matrix", le premier de la trilogie réalisée par les Wachowski, est l'un de mes préférés. Mais pour moi, la Matrice est vraiment plus une métaphore de notre fixation actuelle à chaque instant avec des expériences de divertissement synthétiques créées par des jeux vidéo et des vidéos en streaming sur le Web qu'un modèle pour un avenir réel. (En ce sens, vous pourriez établir un parallèle avec le roman de George Orwell, "Nineteen Eighty-Four", qui, selon certains, était vraiment un avertissement contre les tendances totalitaires que l'auteur voyait se cacher sous la démocratie constitutionnelle de l'Angleterre de l'après-Seconde Guerre mondiale.) À moins que nous ne fassions des percées technologiques vraiment étonnantes qui annulent les lois de la physique telles que nous les comprenons maintenant, un réseau informatique alimenté en siphonnant l'énergie d'humains comateux n'est qu'un fantasme. Pour une histoire de Science Channel, par exemple, j'ai calculé une fois que s'il était possible de récolter 1,3 microwatts d'énergie de chaque personne sur la planète, cela ne reviendrait qu'à assez de jus pour faire fonctionner un ensemble de haut-parleurs pour un home cinéma haut de gamme. système.

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