Le hamster de l'expérience a démontré son efficacité. © Zhong Lin Wang

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En vidéo : de l'électricité produite... par les doigts

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Pour alimenter des petits dispositifs électriques, notre corps suffit. Une équipe américaine y travaille depuis des années et parvient aujourd'hui à ses premiers résultats avec des nanogénérateurs entraînés par un doigt humain tapotant sur un clavier ou par un hamster !

Les nanotechnologies appellent les nanogénérateurs de courant électrique. Moteurs miniatures, « actuateurs » divers et variés ou prothèses microscopiques consomment très peu d'énergie et il faut donc être capable de leur en fournir à doses homéopathiques. Oubliées, donc, les piles et les batteries. Ce serait comme ouvrir en grand un barrage hydroélectrique pour donner à boire à un chat.

La bonne voie est sans doute à chercher hors des sentiers battus et il faut de l'imagination mais aussi de la persévérance pour bâtir une nouvelle ingénierie. Depuis plusieurs années, Futura-Sciences suit avec intérêt les travaux de Zhong Lin Wang, qui dirige une équipe au Georgia Institute of Technology (Atlanta, Etats-Unis). Son idée est de tirer de l'énergie électrique, si faible soit-elle, des mouvements minuscules mais innombrables qui nous entourent, qu'il s'agisse de vibrations, du son ou des mouvements du corps. En somme, une source d'énergie serait inutile puisque notre environnement immédiat en regorge.

En 2006, ces chercheurs utilisaient des nanofibres d'oxyde de zinc, un matériau aux propriétés piézoélectriques, c'est-à-dire capable de produire du courant électrique suite à une déformation, autrement dit de convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique (et réciproquement). Enfichées sur un substrat, ces nanofibres recevaient une douche d'ultrasons et les vibrations subies produisaient effectivement un minuscule courant électrique. La faisabilité était ainsi démontrée. En 2007, des nanofibres similaires étaient installées sur du Kevlar. Le simple frottement des unes sur les autres suffisait à produire du courant électrique, laissant espérer des tissus générateurs d'électricité. Il suffirait de bouger un peu...

Les nanofibres d'oxyde de zinc sont installées entre deux plots métalliques sur un support flexible (schéma du haut). L'image au microscope montre un des premiers prototypes (cliquer sur l'image pour l'agrandir.) © Zhong Lin Wang / Georgia Tech

Les nanofibres d'oxyde de zinc sont installées entre deux plots métalliques sur un support flexible (schéma du haut). L'image au microscope montre un des premiers prototypes (cliquer sur l'image pour l'agrandir.) ©  Zhong Lin Wang / Georgia Tech

Electricité digitale

Efficace, cette disposition présentait l'inconvénient d'imposer une technique délicate par dépôt de vapeur pour faire croître les nanofibres verticalement. Cette fois, la même équipe récidive mais avec des nanofibres installées horizontalement et fixées à leurs deux extrémités sur un plot conducteur, le tout étant installé sur un support de matière plastique souple. Quand celui-ci est plié, les contraintes mécaniques subies par les nanofibres génèrent de l'électricité. Dans un article publié dans la revue Nano Letters, l'équipe décrit un dispositif long de moins de deux centimètres et composé de quatre ensembles de nanofibres de 3 à 5 microns de diamètre pour 200 à 300 microns de longueur. Le tout était protégé de la corrosion (l'oxyde de zinc est fragile) par un polymère (du polyimide).


Le petit hamster équipé d'un sac à dos à nanogénérateur produit jusqu'à 70 millivolts. © Georgia Tech

Celle-ci a été collée sur l'index d'un être humain volontaire ainsi que sur le dos d'un hamster. Equipé de son nanogénérateur, l'Homo sapiens produisait du courant simplement en tapant sur un clavier. Quant au rongeur, installé dans une cage tournante, il donne bien plus de sa personne, comme en témoigne la vidéo tournée par l'équipe. Alors que le doigt humain atteint de temps à autre 20 millivolts, le hamster grimpe à 70. En puissance, tout le monde reste sous le nanowatt. Comme l'ont montré les chercheurs en installant quatre ensembles distincts, il est possible de les multiplier, comme les éléments d'une pile, pour obtenir beaucoup plus.

Le gros inconvénient de ces sources animales est d'être très irrégulières. Même le hamster, parfois, se repose... Mais il doit être possible de résoudre ce problème, estiment Zhong Lin Wang et ses collègues. Selon eux, de tels nanogénérateurs pourraient un jour être implantés dans un corps humain, au plus près d'un muscle et protégés par une inclusion dans un polymère biocompatible. Wang est également persuadé que dans cinq à dix ans, des vêtements générateurs seront suffisamment puissants pour recharger des batteries de téléphones et autres GPS.

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