Pluie, air ambiant : voici deux innovations potentielles pour produire de l’énergie propre

La Banque européenne d’investissement mettra fin, en 2021, à ses investissements dans l’énergie fossile. La communauté scientifique pousse à un changement dans nos modes de production énergétique et, progressivement, les gouvernements et industries s’adaptent. Les innovations scientifiques et technologiques viennent alors en renfort pour permettre de diversifier les nouvelles infrastructures propres, augmenter leur rendement, réduire leur coût. Animés par cette ambition, des ingénieurs cherchent à créer des panneaux solaires fonctionnels même de nuit.

D’autres pistes consistent à puiser auprès d’autres types de ressources naturelles, parfaitement renouvelables et propres. En février 2020, deux équipes de recherche ont publié deux études parallèles. La première, issue de l’université de Hong Kong, propose de produire de l’électricité grâce à la pluie. La seconde, développée par des ingénieurs de l’université du Massachusetts, consiste à puiser de l’énergie… dans l’air, tout simplement.

Et si chaque goutte de pluie contribuait à générer de l'électricité ?

Source : Pixabay

100 ampoules LED allumées pour chaque goutte

Si l’on peut produire de l’énergie lors des journées ensoleillées grâce aux panneaux solaires, alors pourquoi pas lors des journées pluvieuses ? Seulement, d’un point de vue physique, convertir des gouttes en énergie est bien plus complexe que pour de grands courants d’eau, comme on le fait déjà avec des centrales hydroélectriques. Le système développé par l’ingénieur Wang Zuankai permettrait pourtant bien d’allumer 100 ampoules LED continuellement grâce à chaque goutte de pluie récoltée.

La machine s’appelle DEG, pour Droplet-based Electricity Generator. Elle est divisée en trois couches. Deux électrodes s’y côtoient, l’un en aluminium et l’autre en oxyde d’indium-étain. Entre les deux se trouve un film de polytétrafluoroéthylène, une matière dont la charge électrique est quasi-permanente. Lorsqu’une gouttelette tombe sur le générateur, elle génère un pont entre les deux électrodes, débouchant sur une boucle fermée via laquelle du courant peut passer. Ce système provient d’une découverte de Wang Zuankai et de son équipe : le polytétrafluoroéthylène a une capacité d’accumulation. Donc quand les gouttes tombent en continu, la charge se conserve jusqu’à saturation au niveau du film.

Une charge de 140 volts

En bref, chaque goutte contribue à faire passer le courant dans l’appareil. Chaque générateur obéissant à ce système permet de délivrer 140 volts, ce qui correspond aux 100 ampoules LED que nous évoquions. Cela étant, le Droplet-based Electricity Generator ne pourra pas encore alimenter votre maison, il est au stade de prototype.

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Comment générer de l’électricité à partir de l’air ?

Il y a quelques années, des scientifiques ont découvert un peu par hasard un drôle de micro-organisme, dans un fleuve, aux États-Unis. Cette bactérie de type Geobacter a des capacités à part entière, comme celle de générer de la magnétite sans même s’approvisionner en oxygène. Elle fait aussi partie d’une catégorie de bactéries dites « nanofils » (nanowires) car disposant d’appendices électriquement conducteurs.

Depuis sa découverte, les chercheurs sont persuadés que des applications sont possibles grâce à ces caractéristiques particulières. Et ils semblent avoir enfin trouvé, en concevant un appareil qu’ils nomment Air-gen. « Nous produisons de l’électricité littéralement à partir de l’air. (…) C’est jusqu’à maintenant l’application la plus incroyable et excitante des protéines nanofils », se réjouit l’ingénieur Jun Yao, à l’origine de cette innovation. D’après lui, le Air-gen peut potentiellement produire de l’énergie 24h/24 et 7j/7, que ce soit en intérieur ou en extérieur.

Voici à quoi ressemble l'appareil Air-gen.

Source : UMass Amherst/Yao and Lovley labs.

Étonnement, l’appareil n’est pas si éloigné de celui précédemment décrit pour l’eau de pluie. Le Air-gen est composé de trois couches : deux électrodes et un film de 7 micromètres à base du fameux micro-organisme Geobacter. Ce film très fin permet de mettre la bactérie à l’interaction entre les électrodes et l’air environnant. Elle absorbe  l’humidité présente dans l’atmosphère (même quand le taux d’humidité est très faible), qu’elle transforme en charge électrique, laquelle passe par les électrodes. Les chercheurs ont découvert presque par accident que, lorsque cette bactérie était reliée à des électrodes, elle produisait de l’énergie. Ils soupçonnent que la bactérie, en absorbant l’humidité, absorbe aussi sa diffusion de protons.

Des maisons avec des murs produisant de l’énergie grâce à l’air ?

Puisque l’air est un environnement littéralement omniprésent, constant, et que la bactérie produit de l’énergie à partir de son humidité, le système Air-gen a l’avantage de produire un courant maintenu. En revanche, ce courant n’est pas très élevé, puisqu’il ne dépasse pas 0,5 volts. Mais c’est suffisant, selon les auteurs de cette innovation, pour recharger des petits appareils tels que des smartphones. Ils comptent bien développer ce système à de plus grandes échelles. On pourrait alors se prendre, comme ces chercheurs, à imaginer un futur où les murs des maisons auraient ce système directement implémenté dans les murs.

Que ce soit le Droplet-based Electricity Generator ou l’Air-gen, ce sont deux innovations au stade de purs prototypes : on ne peut pas envisager qu’elles vont, dès maintenant, ni à court terme, changer notre quotidien. Mais la diffusion rapprochée de ces deux travaux prouve que la recherche fondamentale explore des pistes prometteuses pour produire de l’énergie à partir d’énergies renouvelables.