Alors que
les panneaux solaires actuels se contentent de convertir la lumière
visible en énergie, les chercheurs de l'Idaho National Laboratory
(INL) travaillent à un nouveau type de collecteurs utilisant le
proche infrarouge avec un rendement jamais atteint jusqu'ici.
Une équipe de
scientifiques conduite par Michael Naughton, du Boston College à
Chestnut Hill (Massachusetts), vient de réaliser les premiers capteurs
sensibles aux longueurs d'onde infrarouge, plus longues que la lumière
visible mais dont les possibilités s'étendent bien au-delà
de ce que les cellules solaires actuelles autorisent. Ils présenteront
leur réalisation lors de la 2e conférence internationale
sur les énergies renouvelables de l'American Society of Mechanical
Engineers le 13 août 2008 à Jacksonville.
Pour cela, les chercheurs
proposent d'utiliser des panneaux tapissés de millions d'antennes
minuscules, sensibles aux photons IR du Soleil et d'autres sources, première
étape vers la réalisation d'un collecteur pouvant être
produit en très grande série à moindre coût.
Fonctionner même la nuit
Ces "nanoantennes" visent
l'infrarouge moyen, comme celui rayonné continuellement par la Terre,
même la nuit, après avoir absorbé l'énergie
du Soleil durant le jour. Les "piles" solaires actuelles, en revanche,
ne peuvent mettre à profit que la lumière visible, et deviennent
inopérantes durant la nuit. De plus, les nanoantennes sont susceptibles,
dans un développement ultérieur, d'absorber la chaleur résiduelle
des immeubles durant la nuit, où celle produite naturellement par
l'électronique, et de convertir cette énergie habituellement
gaspillée en électricité.
Ces dispositifs minuscules
se présentent sous la forme de spirales d'or tracées sur
un support à base de polyéthylène, une matière
communément employée dans les sachets en plastique. Dale
Kotter, membre de l'équipe de recherche, annonce qu'à l'instar
d'autres chercheurs, qui fondent leurs espoirs dans la conversion d'ondes
de plus faible fréquence du spectre électromagnétique
telles les micro-ondes, les infrarouges présentent beaucoup plus
d'intérêt. Une des raisons est que les propriétés
physiques des matériaux changent lorsqu'ils sont soumis à
de telles fréquences, signale-t-il. |
L'équipe a étudié
le comportement de plusieurs matériaux, y compris le cuivre, l'or,
le manganèse, les soumettant à un rayonnement infrarouge
précis afin de déterminer par simulation informatique les
meilleures formes et dimensions d'antennes. Une parfaite optimisation tenant
compte de tous ces paramètres permettrait d'atteindre un rendement
de 92% en infrarouge, ce qui est très loin d'être le cas avec
des capteurs solaires conventionnels.
Les premières réalisations concrètes
Les chercheurs ont alors
créé les premiers prototypes de tests basés sur les
simulations. Les premières nanoantennes ont été gravées
de manière conventionnelle sur un disque de silicium, à la
façon des circuits intégrés, et se montraient capables
d'absorber jusqu'à 80% du rayonnement infrarouge qui leur était
soumis.
Ils sont ensuite passés
à un procédé de gravure sur support polyéthylène
en feuilles minces, proches d'une réalisation de grande série.
Celles-ci sont toujours actuellement en phase de tests, mais les premiers
résultats suggèrent que leur capacité d'absorption
du rayonnement infrarouge atteigne un respectable 50 à 60%, correspondant
à ce qui était attendu.
De nombreux progrès restent à
accomplir
Cependant des progrès
sont encore à réaliser avant de pouvoir appliquer l'énergie
ainsi obtenue à une utilisation domestique. Le rayonnement infrarouge
induit dans les nanoantennes des courants alternatifs qui oscillent à
des fréquences allant jusqu'à 30 terahertz, ce qui exige
la présence d'un dispositif redresseur afin de les convertir en
courant continu. Mais il n'existe pas encore de redresseur capable de travailler
sur de telles fréquences, ni même de dispositif diviseur permettant
de rendre cette énergie exploitable. Des recherches s'accomplissent
actuellement en ce sens.
Si cette difficulté
pouvait être surmontée, on obtiendrait des capteurs solaires
bien plus efficaces que les actuels, dont le rendement plafonne à
20% en lumière visible. Les scientifiques ont développé
et réalisé des dispositifs plus complexes et de rendement
plus important, mais actuellement trop coûteux pour une utilisation
courante.
De fabrication relativement
simple par gravure sur un substrat bon marché, les nanoantennes
peuvent être adaptées à diverses fréquences
du rayonnement infrarouge selon leurs dimensions et leur forme. Elles pourraient
constituer la "peau" de différents objets usuels, tels des ordinateurs
portables ou des téléphones cellulaires, leur fournissant
une énergie continue et peu coûteuse. |
