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Bougez pour créer de l'énergie

21 Février 2010, 17:39pm

Publié par Grégory SANT

Marcher pour recharger son portable et respirer pour alimenter son pacemaker ? C'est ce que proposent des ingénieurs américains. Souple et piézo-électrique, leur invention convertit l'énergie mécanique, donc le mouvement, en électricité.

Les chercheurs de l’Université de Princeton ont réussi à créer une lamelle alliant la flexibilité d'un silicone et le puissant effet piézo-électrique du titano-zirconate de plomb, ou plus simplement PZT.

Ce PZT est une céramique qui convertit 80% de l’énergie mécanique qu’elle reçoit lorsqu’elle est déformée en énergie électrique, un rendement exceptionnel pour un matériau piézo-électrique. Comme le corps dégage peu d’énergie lors des ses mouvements, il est important que ce taux de conversion soit élevé. « Le PZT est 100 fois plus efficace que le quartz, un autre matériau piézo-électrique » souligne Michael McAlpine, ingénieur en mécanique de Princeton.

Le silicone a également l'avantage d'être souple. L'armée américaine avait déjà testé des matériaux piézo-électriques inclus dans des chaussures pour générer de l'électricité mais les soldats s’étaient plaints de douleurs aux pieds. Les cristaux et polymères utilisés étaient trop rigides.

De la souplesse…

L’idée est donc de rendre souples les matériaux piézo-électriques. Or ce sont des cristaux, donc rigides, et leur température de cristallisation élevée est incompatible avec les matrices en plastique ou latex.

Michael McAlpine et Yi Qi ont résolu ce problème. Après production à haute température de céramiques PZT, ils en ont extrait chimiquement par microgravure des nanorubans. Ils les ont ensuite incorporés dans des feuilles de silicone.

Membrane de silicone avec nanorubans piézo-électriques
Un circuit piézo-silicone (piezo-rubber chips), comme le nomment les concepteurs de ce nanogénérateur électrique souple. © Frank Wojciechowski

Autres avantages de leur création, elle est biocompatible et adaptable en dimensions tout en étant productible à l’aide des techniques d’impression microélectronique.

Sa biocompatibilité, c'est-à-dire son absence d’effet nocif pour l’organisme et l’absence de réaction de rejet, permettrait par exemple d’implanter ce générateur près des poumons pour alimenter un pacemaker. Le simple mouvement de la cage thoracique lors de la respiration pourrait alors suffire à générer le courant électrique nécessaire.

Selon ses concepteurs, « l’excellente performance de l’assemblage de piézo-rubans couplée avec la souplesse et la biocompatibilité de ce silicone pourrait ouvrir un boulevard dans la recherche fondamentale et appliquée ».

Avec la multiplication des textiles intelligents, des cellules solaires et des batteries imprimables, ce type de matériau pourrait en effet promettre des associations intéressantes.

L’effet piézo-électrique déclenché par la déformation de la membrane de silicone souple. © 2010 American Chemical Society
L’effet piézo-électrique déclenché par la déformation de la membrane de silicone souple. © 2010 American Chemical Society
Par Grégoire Macqueron
Source : futura-sciences.com

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