Des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie) montrent comment une diode thermoradiative peut exploiter le rayonnement infrarouge pour produire de l’électricité. © martinlisner, Adobe Stock
Planète

L’énergie solaire peut être exploitée en pleine nuit !

ActualitéClassé sous :énergie renouvelable , Univers , électricité

[EN VIDÉO] L'énergie solaire pourrait-elle être la principale source d'énergie ?  En 2014, la part du solaire photovoltaïque dans le mix électrique français ne dépassait pas les 1,3 % (chiffre France Territoire Solaire). Comment alors l'énergie solaire pourrait-elle devenir notre principale source d'énergie ? Marion Perrin, docteur en électrochimie, partage avec nous son point de vue sur la question. 

L'énergie solaire a ceci d'incommode qu'elle n'est disponible que le jour. Lorsque le soleil brille. Mais peut-être plus pour si longtemps. Car des chercheurs montrent aujourd'hui comment cette énergie pourrait être exploitée au beau milieu de la nuit.

Disons-le tout de suite. La quantité d'électricité générée est très faible. De l'ordre de 100.000 fois moins que celle que l'on peut espérer d'un panneau solaire classique. Mais l'idée vaut peut-être malgré tout que l'on s'y arrête. D'autant que les chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie) espèrent pouvoir améliorer la technologie. Pour produire de l'énergie à une échelle bien plus grande. Cette technologie, c'est celle de la génération d'électricité à partir d'un rayonnement infrarouge. Vous savez, celui qui est émis par tout corps chaud. Y compris notre corps humain.

Quel rapport avec l'énergie solaire ? C'est que le jour, la lumière du soleil réchauffe notre Terre. En réponse, la nuit, celle-ci se refroidit en émettant un rayonnement infrarouge. Exploiter ce rayonnement infrarouge pour produire de l'électricité revient donc -- indirectement certes, mais tout de même -- à tirer de l'électricité de notre Soleil... en pleine nuit. Et le tout, ici, avec un composant que l'on trouve déjà dans les lunettes dites de vision nocturne.

« De la même manière qu'une cellule solaire peut générer de l'électricité en absorbant la lumière solaire émise en journée, notre diode thermoradiative génère de l'électricité à partir d'une lumière infrarouge émise dans un environnement plus froid la nuit. Dans les deux cas, c'est la différence de température qui nous permet de produire de l'électricité », précise Phoebe Pearce, chercheur à l'université de Nouvelle-Galles du Sud, dans un communiqué.

Cette image prise par caméra thermique montre la quantité de chaleur émise par le port de Sydney (Australie) et ses environs durant la nuit. Une chaleur sous forme de rayonnement infrarouge que les chercheurs espèrent bien exploiter à l’avenir pour produire de l’électricité. © Université de Nouvelle-Galles du Sud

Alimenter des dispositifs médicaux

Pour comprendre, il faut se souvenir que, lorsqu'un matériau est chauffé, les atomes qui le constituent s'agitent. Leurs électrons également. Le phénomène est léger. Alors pour canaliser cette agitation et la transformer en courant d'électrons utile, les chercheurs de l'université de Nouvelle-Galles du Sud ont eu l'idée de s'aider d'une diode. Ici, une diode faite de tellure, de mercure et de cadmium. Et dans leurs expériences menées, un tel dispositif s'est montré capable d'exploiter une différence de température entre le sol et l'air de quelque 12,5 °C -- une différence de température assez classique, la nuit -- pour générer 2,26 milliwatts d'énergie par mètre carré. Ça semble peu.

Mais les chercheurs rappellent que, dans les années 1950, la première cellule solaire présentait une efficacité qui ne dépassait pas les 2 %. Aujourd'hui, les plus performantes atteignent des rendements de 23 %. Sur le même modèle, en profitant des connaissances déjà acquises dans le domaine et en empruntant des matériaux aux concepteurs de photodétecteurs à infrarouge moyen, ils espèrent faire rapidement progresser leur nouvelle technologie. Aujourd'hui, elle affiche une efficacité d'environ... 2 %. Ils comptent bien réussir, dans le futur, à atteindre le 1/10e de l'énergie qui peut être produite par des cellules solaires classiques.

L'objectif serait notamment de se concentrer sur les applications qui pourraient le plus bénéficier de cette manière de produire de l'électricité. L'alimentation de dispositifs médicaux, par exemple. Car le corps humain rayonne aussi dans l'infrarouge. Ainsi les chercheurs envisagent que leur technologie pourrait récupérer cette énergie et la transformer en électricité pour alimenter un pacemaker. Typiquement le genre d'application pour laquelle on ne pourrait utiliser l'énergie solaire classique.

Pour en savoir plus

Des panneaux solaires qui génèrent de l’électricité la nuit

Les panneaux solaires présentent cet inconvénient de taille qu'ils ne peuvent produire de l'électricité que lorsque le soleil brille. Mais des chercheurs ont imaginé un système qui permettrait de générer de l'énergie même après la tombée du jour, une sorte de cellule solaire de nuit.

Article de Nathalie Mayer paru le 08/02/2020

Des chercheurs semblent avoir mis au point une cellule solaire inversée qui génère de l’électricité en émettant de la chaleur vers l’espace pendant la nuit. © Eakkaluk, Adobe Stock

Les panneaux solaires ne produisent de l'électricité que lorsque le soleil brille. C'est une évidence et d'ailleurs l'un de leurs points faibles. Mais des chercheurs de l'université de Californie à Davis (États-Unis) affirment aujourd'hui avoir conçu une sorte de cellule solaire inversée, capable de générer jusqu'à 50 watts d'énergie par mètre carré dans des conditions de nuit idéales. Soit, selon eux, tout de même un quart de la capacité de production de jour d'un panneau solaire conventionnel.

Ce que les chercheurs exploitent ici, c'est la propension des objets chauds par rapport à leur environnement à émettre de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge. En l'occurrence, ils utilisent notre Terre comme source de chaleur et le ciel nocturne comme dissipateur. Car l'espace est un endroit particulièrement froid. Et en pointant un objet en direction du ciel, il irradiera de la chaleur.

Une cellule solaire photovoltaïque conventionnelle (à gauche) absorbe les photons de lumière du soleil et génère un courant électrique. Une cellule thermoradiative (à droite) génère un courant électrique en rayonnant la lumière infrarouge (chaleur) vers le froid extrême de l’espace profond. © Tristan Deppe et Jeremy Munday, Université de Californie à Davis

Un système capable de produire 24/24

Les cellules thermoradiatives, de leur côté, génèrent de l'énergie en rayonnant de la chaleur vers leur environnement. Habituellement, on y pense pour récupérer la chaleur perdue dans les moteurs, par exemple. « Nous avons imaginé qu'en plaçant une telle cellule dans un endroit chaud et qu'en la pointant vers le ciel, nous obtiendrions un système qui génèrerait de l'énergie en émettant de la chaleur », explique Jeremy Munday, chercheur, dans un communiqué de l’université de Californie à Davis.

Selon lui, les matériaux employés sont différents, mais la physique est la même que celle qui est en jeu dans les panneaux photovoltaïques classiques. Et puis, le système pourrait fonctionner 24/24 à condition, pendant la journée, de le tenir à l'abri du soleil. Une solution intéressante pour contrer l'aspect intermittent que l'on croyait inhérent à la production d’énergie solaire.


L’Univers, nouvelle source d’énergie renouvelable ?

En orientant une diode à semi-conducteur infrarouge vers le ciel, des chercheurs affirment qu'ils seront bientôt en mesure de produire de l'électricité de nuit. Le tout à partir de sortes de « panneaux solaires inversés » qui exploiteront les différences de température entre la Terre et l'Univers.

Article de Nathalie Mayer paru le 07/05/2019

Nouvelle source dénergie.

Les chercheurs continuent de travailler à la mise au point de systèmes permettant d’exploiter de nouvelles énergies renouvelables. Cette fois, ils ont pensé au froid qui règne dans l’Univers. © marog-pixcells, Fotolia

« L'immensité de l’Univers est une ressource thermodynamique. » C'est ce que déclare Shanhui Fan, chercheur à l'université de Stanford (États-Unis). Avec son équipe, il affirme ainsi qu'il est possible de générer une quantité mesurable d'électricité grâce au froid qui règne dans l'Univers. Ou plus exactement, grâce à la différence de température qui existe entre notre Terre et l'espace. Une nouvelle source d'énergie renouvelable ?

Les panneaux solaires photovoltaïques produisent de l'électricité à partir de l'énergie envoyée vers la Terre par le Soleil. L'idée de Shanhui Fan et de ses collègues : capter l'énergie sous forme de chaleur qui quitte continuellement la surface de notre planète à l'aide d'une photodiode à semi-conducteur infrarouge orientée vers le ciel.

Les chercheurs espèrent pouvoir utiliser leur système pour alimenter de petites machines qui doivent fonctionner de nuit notamment. © Designer-Obst, Pixabay License

Une technologie à ses balbutiements

Pour ce faire, il faut tout de même une différence de température conséquente. Et c'est ce que les chercheurs ont trouvé en pointant leur système vers l'espace. « Mais nous sommes loin d'avoir obtenu des résultats approchant de ce que la théorie prévoit », tempère un autre chercheur, Masashi Ono.

Pour nous faire une idée concrète, ils indiquent être en mesure dès aujourd'hui de générer 64 nanowatts par mètre carré d'un tel « panneau solaire inversé ». Des résultats que les chercheurs espèrent doper en travaillant sur les propriétés optoélectroniques quantiques de leurs matériaux. La théorie prévoit en effet qu'il devrait être possible d'atteindre les 4 watts par mètre carré. Ce qui reste faible comparé aux panneaux solaires qui génèrent, eux, de 100 à 200 watts par mètre carré.

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