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Pourra-t-on récupérer des térawatts grâce au silicium ?

ActualitéClassé sous :physique , technologie , électricité

Recharger un téléphone mobile grâce à la chaleur du corps, climatiser la voiture grâce à celle du pot d'échappement ou transformer en électricité les calories perdues par les bâtiments : c'est le genre d'applications qu'imagine une équipe de chercheurs après la découverte de propriétés inattendues de nanofils de silicium. Mais le phénomène reste inexplicable...

Nanofils de silicium, obtenus chez Philips par gravure électrochimique d'une surface de silicium. Crédit Philips

En découvrant fortuitement un mécanisme de conversion de la chaleur en électricité étonnamment efficace, des chercheurs de l'université de Berkeley et du Lawrence Berkeley National Laboratory sont persuadés qu'ils se sont lancés sur la piste d'une nouvelle source d'énergie. Leur trouvaille concerne des nanofils de silicium, minuscules structures de 20 à 300 nanomètres de diamètre, qui pourraient servir à transformer en électricité la chaleur gaspillée un peu partout.

Depuis longtemps, on sait fabriquer des thermocouples, fonctionnant grâce à l'effet Seebeck. A l'aide de deux métaux différents, on parvient à générer une tension (une différence de potentiel, en volts) à partir d'un écart de température. Les performances obtenues dépendent des caractéristiques thermoélectriques des métaux, dont la conductivité thermique et la résistivité électrique, mais aussi de la température. Avec des métaux comme l'argent, le bismuth, l'antimoine ou le tellure, on parvient à fabriquer d'excellents thermocouples, qui servent par exemple à mesurer des températures. Mais ces matériaux et les procédés utilisés sont bien trop onéreux pour réaliser une conversion à grande échelle de chaleur en électricité.

En revanche, le silicium, lui, ne coûte pas grand-chose et l'industrie électronique a appris à le travailler de multiples manières. Mais ses propriétés thermoélectriques sont franchement mauvaises et il ne constituait pas un candidat crédible pour réaliser un thermocouple. La surprise a donc été grande quand l'équipe américaine a découvert que, dans certaines conditions, des nanofils de silicium voient leur conductivité thermique divisée par cent à température ambiante, ce qui les fait entrer ipso facto dans les matériaux utilisables pour convertir la chaleur en électricité.

Une excellente source d'énergie : celle que l'on gaspille...

L'équipe a réalisé ces petits fils à la surface d'une galette de silicium classique de l'industrie électronique (un waffer), par une attaque chimique en solution aqueuse. Ils constatent cette drastique réduction de la conductivité thermique uniquement pour les nanofils d'environ 50 nanomètres de longueur. Selon les chercheurs, cette propriété est liée à la manière dont sont collectivement assemblés ces nanofils à la surface de la galette. En fait, les scientifiques ne fournissent pas d'explication précise car le phénomène, avouent-ils, échappe aux théories en vigueur...

Pourtant, même si elle est inexpliquée, cette nouvelle propriété du silicium inaugure peut-être un nouveau champ de possibilités. Il est rare qu'un résultat théorique soit présenté d'emblée pour ses applications prévisibles. C'est pourtant ce qu'ont fait ces chercheurs en expliquant dans le résumé de leur article, publié dans Nature, que leur découverte pourrait permettre de « récupérer une partie des 15 térawatts de chaleur perdue [par l'activité humaine] dans l'environnement ».

Selon eux, on peut déjà imaginer des dispositifs simples pour fabriquer de l'électricité partout où de la chaleur est émise inutilement, dans les maisons, les usines, les pots d'échappement des automobiles... ou à travers nos vêtements. Ce n'est pas la première fois que l'on cherche à récupérer en nous-mêmes de l'énergie sous forme électrique. L'idée de robes ou de chemises munies d'une prise de courant n'est donc plus tout à fait de la science-fiction !

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