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Energie : notre intimité microénergétique en dix leçons

D. Sabo, le 4/02/2013

La miniaturisation des appareils portables (téléphones, PDA, ordinateurs, capteurs autonomes, etc…) s’accompagne d’une augmentation de leurs fonctionnalités et de leurs performances. Toutefois, ces progrès sont limités par une consommation en énergie sans cesse croissante et par la problématique du stockage et de la durée de vie des systèmes de production d’énergie. Les microsystèmes de récupération de l’énergie ambiante constituent une solution à ces questions.

Il suffit d’y penser. Autour de nous, dans nos vies domestiques, au bord des chemins, de nombreuses énergies ne demandent qu’à être récupérées et utilisées. Ce secteur de recherche a pour nom l´« Energy harvesting ». Cette « moisson d’énergie » est le processus par lequel l’énergie « perdue » est capturée et stockée grâce à de petits dispositifs autonomes, physiques, thermoélectriques, piezoélectriques, radio-fréquences. Ces techniques permettent d´exploiter des sources d´énergie faibles, diffuses, présentes partout, et essentiellement gratuites. Elles viennent de la chaleur de notre corps, de la vibration de nos gestes, de l’action de nos objets ou de nos machines.

Autant de petites énergies qui nous procurent de l’autonomie. Les expériences menées sur l’utilisation de l’énergie de notre environnement le plus proche suscitent un intérêt de plus en plus fort pour quantité d’applications domestiques et domotiques. La miniaturisation des générateurs, des piles et autres accumulateurs permet de valoriser ces énergies de l’intimité. Une piste prometteuse pour tous les petits appareils électroniques à très faible consommation que sont les lecteurs de RFID, qui ont besoin d’un minimum d’énergie pour signaler leur présence et récupérer une information depuis le RFID qu’ils activent.

Visite guidée…des plus sérieuses aux plus fantaisistes

L’énergie des enfants turbulents. Le site electriclove.info rapporte l’invention de trois jeunes designers industriels qui se sont mis en tête d’exploiter l’énergie indéfiniment renouvelable des enfants. Ces derniers ont conçu des aires de jeux pour enfants conçues pour récupérer l’énergie de leurs mouvements, afin de produire de l’électricité : tourniquets, balançoires, corde à sauter, tourniquet, poulies et autres engins d’amusement. C’est avec la force de nos muscles, en pédalant, que nous générons l’éclairage de nos vélos. Tout en faisant du sport ! De nombreux scientifiques imaginent un monde durable dans lequel le corps humain serait source d’énergie. Des ingénieurs ont récemment mis au point des vélos hybrides régénérateurs d’énergie. Ils sont dotés d’un moteur de régénération permettant de collecter l’énergie engendrée par le freinage dans une batterie placée dans la roue arrière.

La Chaleur du corps. La chaleur du corps forme un générateur thermique avec laquelle on peut fabriquer du courant. Des chercheurs du Fraunhofer Institute, en Allemagne, ont conçu, en laboratoire, un système utilisant la différence de température extérieure et celle de la peau pour produire de l’électricité. Pour ces chercheurs allemands, cette méthode particulière de production électrique, est un moyen d’avenir pour alimenter des appareils portables. Une équipe de l’Université Berkeley a trouvé un moyen d’améliorer le rendement d’utilisation de la chaleur du corps et donc de déboucher, à long terme, sur des applications commerciales. L’usage de nanocâbles de silicium dans ces procédés multiplierait par 100 leurs capacités termoélectriques. Les chercheurs songent à des applications telles que des vêtements embarquant un tissu spécial avec des modules thermoélectriques, utilisant la chaleur corporelle pour recharger toute sorte de systèmes portatifs.

La biopile sanguine. Faire de l’électricité avec du sang… quelle idée bizarre ! C’est non seulement possible mais ce n’est pas bizarre du tout et cela peut s’avérer très utile. Le principe est simple : utiliser l’énergie chimique dégagée par la combustion du sang de notre organisme comme source d’énergie. L’objet de ce projet européen mené par l’Université nationale d’Irlande (Galway) est de concevoir des micro-dispositifs qu’on peut implanter sous la peau pour alimenter des petits appareils médicaux tels que des pompes à insuline. L’atout de ces biopiles ? Elles n’ont pas besoin d’être rechargés. Comment ça marche ? A l’instar des piles ordinaires, elles fonctionnent sur le transfert d’électrons entre les deux électrodes qui produit le courant électrique. Le glucose est oxydé par des enzymes. Cette oxydation libère des protons et des électrons. Ces derniers se déplacent vers l’anode et produisent quelques milliwatts. Même si ce projet baptisé BioMedNano (2007-2010) n’a pas encore débouché sur des applications commerciales, une chose est sûre, les travaux sur les piles biocatalytiques sont en plein essor.

La Chaussure à effet piézoélectrique. Intégré dans le talon, le dispositif mis au point par l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT) est comparable à celui d’un allume gaz. Les composants piezoélectriques transforment la pression exercée en tension électrique. De tels microgénérateurs piezoélectriques sont utilisés dans des boîtes de nuit. Ainsi des pistes de danse, fabriquées par le réseau d’innovation écologique néerlandais Enviu, sont capables de transformer les sautillements des danseurs en électricité. Le sol de cette « Sustainable Dance Club) est monté sur ressorts et les vibrations sont converties en électricité grâce à des matériaux capables de produire un petit courant électrique lorsqu’ils sont comprimés. Ils alimentent ainsi une partie des spots.

La marche des piétons. Dans le même ordre d’idées, quand vous marchez sur le sol, vous produisez de l’énergie mécanique qui est transformée en énergie électrique via l’effet piézoélectrique. Certains corps piézoélectriques pouvants se polariser électriquement sous l’action d’une énergie mécanique, cet effet pouvant produire l’effet inverse : faire bouger un corps sous l’action d’un courant électrique, comme dans les hauts parleurs par exemple. On peut donc imaginer de grands espaces de circulation publique tels que les gares ou les grands magasins pouvant être éclairées grâce à l’électricité produite pendant la journée par les dalles récupérant l’énergie de ces passants . L´idée de récupérer une onde de choc peut aussi s´appliquer aux portières des voitures (pour alimenter le plafonnier par exemple) ou aux lave-linge dans la phase d´essorage (pour chauffer l´eau du prochain cycle). Bref, autant de possibilités que Viha Concept a présenté à beaucoup, beaucoup de gens potentiellement intéressés pour financer le développement industriel, la dernière phase avant la commercialisation du produit.

Le Perpetuum Micro Generateur (PMG). Basé sur le principe de l’induction électromagnétique, le Perpetuum Microgenerateur, du nom de la société britannique Perpetuum qui le fabrique, est capable de transformer l’énergie cinétique des vibrations, selon leur amplitude, en courant électrique de 0,5 à 40 milliwatts. Et cela sans le secours d’une batterie. Comment cela est-il possible ? Les vibrations sont transmises à une tige métallique à laquelle sont fixés des aimants dont le mouvement, à proximité d’une bobine de cuivre fixe, génère de l’électricité. Grâce aux PMG , on pourra fabriquer des pacemakers, alimentés à partir des mouvements du corps. Leur durée de vie pourra varier de 5 à 10 ans. La difficulté ? Les technologies électromagnétiques sont difficiles à miniaturiser.

Le chauffage par induction électromagnétique. Cette technique électrothermique, à base de composants électromagnétiques, permet de chauffer un matériau sans contact direct avec une source d’énergie électrique. Lorsque l’on place un récipient d’eau sur une plaque à induction, le liquide se met rapidement à bouillir. Pourtant, la plaque n’est pas brûlante. Le secret ? La chaleur est générée par un champ magnétique directement à l’intérieur du récipient. Il n’y a donc pas d’élément chauffant. Ecologique, économique et sécuritaire, l’induction est considérée comme la technologie de cuisson de l’avenir. Elle s’effectue quasiment sans aucune perte de chaleur.

Le micromoteur à turbine. Imaginez un moteur à turbine d’une taille d’un millimètre qui peut pourvoir à tous vos besoins en électricité à usage personnel. A peu près comme une grande turbine peut fournir une ville en électricité. C’est l’aboutissement de recherches effectuées sous la conduite d’ Alan Epstein, du MIT de Boston, à partir de semi-conducteurs et de photolithogravure. La réalisation d’un prototype opérationnel est en cours. Il permettra la fabrication des plus petites batteries jamais vues. Les chercheurs qui prévoient l’industrialisation en série d’ici 3 à 5 ans avancent que, liée à l’hydrogène, ces moteurs peuvent déboucher sur la conception de petites centrales électriques silencieuses et à moindre coût. Les jouets, les gadgets, les laptops s’en trouveront considérablement modifiés. Les soldats en campagne pourront, eux, disposer d’une autonomie électrique durable.

La volonté : La volonté humaine est d’ailleurs elle-même une ressource… renouvelable ! « Mon corps est un jardin, ma volonté est son jardinier » écrit William Shakespeare. Organisme en perpétuelle activité, l’être humain possède une sorte d’énergie subatomique –à un niveau inférieur à la matière - qui lui sert de « carburant ». Cette énergie immatérielle, c’est la volonté. Elle alimente l’organisme biologique et psychique des humains. Lorsque cette énergie fait défaut, l’homme dépérit.

L’orgone : Tout ce qui nous entoure est énergie : l’arbre, l’eau, l’air.. Nous-mêmes ne sommes qu’énergie. Bien sûr le souffle de notre respiration ou notre pas sur le sol ne suffise pas à faire rouler des véhicules à chauffer notre maison. Mais en y regardant bien, cela y contribue. C’est sur l’idée de cette énergie cosmique que reposent nombre de théories énergétiques, plus ou moins fantaisistes. Selon la théorie de l’orgone, inventée en 1973 par le psychanalyste iconoclaste Wilhelm Reich, la bonne santé d’une personne dépendrait du bon équilibre de son énergie biologique de l’individu. Selon, Reich), "L’énergie biologique est l’énergie atmosphérique (cosmique) de l’orgone" qui se trouve dans tout l’Univers. Elle circule depuis le Soleil jusqu’à la Terre. Des vésicules microscopiques bleues, que Reich appelait des "bions", sont chargées d’énergie d’orgone et sont essentielles aux cellules vivantes. Les nuages, les orages, les aurores boréales et autres perturbations atmosphériques sont dues à des déséquilibres de celui-ci au niveau de l’atmosphère. Comme pour les perturbations atmosphériques, les perturbations du mental et du physique humain sont dues à des déséquilibres des niveaux d’orgone.

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