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Des nanogénérateurs de courant

ActualitéClassé sous :technologie , nanomètre , Mems

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A l'échelle du nanomètre, on sait construire des circuits électroniques, des capteurs, des mécanismes variés et même des moteurs. Mais pas des batteries ! Une solution pourrait venir de ce microscopique générateur de courant piézoélectrique, qui transforme en électricité de légères vibrations et même le bruit...

En nanotechnologie, l'une des difficultés consiste à alimenter en courant électrique des systèmes de tailles minuscules. On ne sait pas miniaturiser les sources de courant et la plus petite pile bouton est gigantesque comparée aux Mems (Micro-Electro-Mechanical Systems), ces mécaniques parfois invisibles à l'œil nu qui peuvent être des capteurs, des actuateurs, voire des moteurs. De plus, ces mécanismes microscopiques n'ont besoin que d'un courant extrêmement faible, inférieur au milliardième d'ampère, une intensité que l'on manie très mal.

Voilà pourquoi l'innovation présentée (dans la revue Nano Letters) par une équipe de l'université d'Illinois (Urbana-Champaign) ouvre de vastes perspectives. Il ne s'agit pas d'un système de stockage d'électricité mais d'un dispositif capable de générer un courant électrique à partir de minuscules déformations mécaniques. Il utilise l'effet piézoélectrique (la déformation de certains solides, cristallins ou polymères, crée un courant), bien connu et très utilisé mais qui est ici obtenu à une échelle microscopique.

Min-Feng Yu et ses collaborateurs ont utilisé un nanofil de titanate de baryum (BaTiO3), une céramique connue pour ses propriétés piézoélectriques. Le fil de 15 micromètres de long et 250 nanomètres de diamètre était tendu entre deux plots, solidaires de deux petites plateaux séparés l'un de l'autre par un espacement d'environ 3 micromètres. L'un d'eux était mobile et son mouvement, provoquant la déformation du nanofil, devait générer un courant électrique La difficulté majeure consistait à mettre en évidence ce courant, inférieur au seuil de sensibilité des meilleurs appareils de mesure. Ce détail n'a pas arrêté l'équipe qui a conçu elle-même l'instrument idoine.

Tirer de l’énergie du bruit

Les chercheurs ont soumis le plateau mobile à une vibration, provoquée par un système également piézoélectrique mais de dimension normale. Leur appareil de mesure a effectivement observé la production d'un courant dont l'intensité variait avec la même fréquence. L'énergie générée est extraordinairement faible : 0,3 attojoule, soit 0,3 x 10-18 joule. A titre de comparaison, une ampoule de 50 watts allumée pendant une heure a consommé une énergie électrique de 180.000 joules.

Il n'y a donc pas de quoi alimenter le moindre circuit électronique. En revanche, des Mems pourraient, eux, tirer profit, de courants très faibles produits par un système de ce genre, qui plus est de petite dimension. Quant à la vibration nécessaire pour apporter l'énergie mécanique au générateur, les scientifiques ont découvert qu'elle était pratiquement inutile !

En effet, la plus petite secousse ou le bruit le plus léger, faisant très légèrement bouger le plateau mobile, provoquait une production électrique. Cet appareil d'un nouveau genre est donc capable de transformer en énergie électrique l'ambiance sonore, les mouvements de personnes dans une pièce ou les vibrations provoquées par le passage d'une voiture dans la rue voisine ! Des nano-objets pourraient se passer complètement de source de courant pour peu qu'il y ait suffisamment de bruit ou de vibrations autour d'eux...

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