Leçons de la nature pour apprivoiser la glace et récolter de l’énergie | Science

La nature et certains comportements sociaux apportent des solutions que la science met du temps à interpréter et à imiter. La fleur de lotus est une œuvre d’ingénierie naturelle qui a créé une surface unique qui repousse l’eau là où elle vit et les animaux charognards sont les grands recycleurs de l’environnement, tout comme les charognards, les personnes qui collectent ce qui a été jeté ou abandonné. Ces deux exemples ont inspiré deux projets européens, menés par le Conseil Supérieur des Recherches Scientifiques (CSIC) et le Université de Sévillequi ont développé des matériaux hydrophobes (qui repoussent l’eau) pour empêcher le givrage (formation de glace sur une surface lorsqu’elle entre en contact avec des gouttelettes d’eau atmosphériques), un système pour l’éliminer de sa formation et des dispositifs capables d’exploiter l’énergie résiduelle générée au quotidien. par des changements de température, un mouvement ou une lumière allumée.

La première des enquêtes, Son de glace o Sound of Ice, est un projet scientifique qui a développé un système de dégivrage intelligent, économe en énergie, respectueux de l’environnement et à fonctionnement autonome, basé sur des transducteurs acoustiques, des dispositifs qui transforment l’effet d’une cause physique en un autre type de signe.

La première étape dans la création de ce système a été de créer une surface qui réduirait le givrage, un processus naturel qui peut ruiner l’efficacité des drones, des pales d’éoliennes et, à plus grande échelle, affecter le comportement aérodynamique des avions. “L’une des stratégies utilisées pour générer des surfaces hydrophobes passives contre la glace consiste à copier ce que la nature a optimisé pendant tant d’années”, explique-t-il. Ana Borrás, scientifique du CSIC qui fait partie des deux projets. « La surface de la fleur de lotus, ajoute-t-il, est l’une des références. Il présente des aspérités à différentes échelles, des protubérances visibles au microscope qui génèrent des espaces où reste de l’air. Les surfaces que nous avons développées sont non seulement très difficiles à mouiller, mais elles permettent également aux gouttelettes d’eau de se déplacer librement.

En partant de cette « surface passive » qui réduit et retarde la formation de glace, la deuxième étape a été, comme l’explique Borrás, « d’intégrer un dispositif qui permet de détecter la glace générée et d’appliquer de l’énergie à travers des ondes acoustiques ».

Ange Barrancochercheur au CSIC et responsable du groupe de nanotechnologie auquel participe l’Université de Séville, souligne l’importance de l’inspiration de la fleur de lotus : « La structure à plusieurs niveaux peut être fabriquée en laboratoire, mais cette idée ne serait pas née aussi directement si l’on n’avait pas vu auparavant que c’est ainsi que cela fonctionne dans la nature.

Pour Borrás, la reproduction à grande échelle des caractéristiques de la surface développée en laboratoire est désormais possible. Le dispositif intelligent associé a déjà été testé dans de petites dimensions (au format 15 x 15 centimètres), mais ils pensent qu’il sera possible de le mettre à l’échelle. Elle est déjà applicable pour empêcher la glace d’affecter les lentilles des drones de surveillance, mais l’objectif est d’éviter ce processus naturel dans les antennes, les pales d’éoliennes et les ailes d’avion, par exemple.

Chercheurs d’énergie

Le deuxième des projets, Charognards 3D, tire son nom d’un terme anglais qui fait référence au travail des animaux charognards et à l’activité des cueilleurs ou, en langage agraire, des glaneurs : la collecte des fruits qui restent dans les champs après la récolte. En ce sens, la recherche développe des dispositifs capables de capter l’énergie dissipée dans les actions quotidiennes, comme allumer une lumière ou le mouvement aléatoire des personnes. “L’idée”, explique Borrás, “est de profiter de la microénergie de l’environnement, celle que vous avez autour de vous sous forme de chaleur ou de vibrations ou encore celle provenant de l’éclairage dont vous disposez dans une pièce.”

De cette idée naît le développement de dispositifs basés sur la nanotechnologie qui permettent de convertir la lumière, les changements de température et les vibrations ou déformations mécaniques, qui ne sont pas continues, constantes et homogènes, en une source d’énergie utilisable et cumulative.

Ángel Barranco explique qu’ils pourraient être la source d’alimentation de capteurs installés dans des bâtiments ou des fermes qui captent l’énergie disponible dans l’environnement. « Il existe de nombreuses initiatives de ce type et des sources telles que la thermique, très courante dans un processus de friction, et même celles du rayonnement électromagnétique peuvent être combinées. Si vous mesurez le champ électrique dans une rue avec des signaux Wi-Fi, c’est une source d’énergie que le téléphone portable utilise pour envoyer des signaux, mais la majeure partie est projetée sur de grandes zones et finit par se dissiper », commente-t-il.

Et il ajoute : « L’énergie peut être extraite du corps humain, de la température, des mouvements et des vibrations. Les ultrasons utilisés pour le diagnostic médical peuvent également être utilisés pour introduire de l’énergie dans un appareil situé à l’intérieur du corps. Les plus connus sont ceux qui régulent le cœur, mais ils peuvent activer les nerfs et remplir de nombreuses fonctions. Il a également été testé avec des courants d’air provenant de ventilateurs.

L’idée, comme l’explique Barroso, est que toute l’énergie générée puisse être utilisée ou alimenter des appareils. « Une petite cellule solaire sur votre épaule », ajoute Borrás, « tout au long de la journée, peut accumuler suffisamment d’énergie pour recharger votre téléphone portable. Dans une chaîne de fabrication, 30 % de l’énergie injectée est consommée en vibrations.

En outre, selon Barroso, « il n’y a aucune limite à l’amélioration de la consommation énergétique des appareils. À l’avenir, ils auront besoin de beaucoup moins et il est possible que cette énergie environnementale suffise à servir de source d’énergie.

Et il donne un exemple : « Des milliers de capteurs sur un pont fournissent des informations locales sur chaque point et détectent précisément où survient un problème sans dépendre d’un seul capteur filaire connecté à Internet. »

Le projet vise même à profiter du mouvement de l’eau lorsqu’elle tombe dans les égouts pluviaux ou à convertir l’impact des gouttes de pluie en courant électrique, ce qui aurait des applications sur des surfaces telles que les fenêtres ou les panneaux solaires.

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