Un générateur ultra simple et écologique pour actionner des micro-capteurs
Le principe de base de ce système est bien connu puisqu’il s’agit de l’électricité statique. Lorsque deux isolants comme le papier et le téflon entrent en contact, ils gagnent ou perdent des électrons
Il est donc possible de produire de l’énergie avec du papier cartonné, un crayon et du scotch téflon. Une équipe de l’EPFL, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Tokyo, a mis au point, grâce à ces matériaux, un dispositif de 8 cm² qui permet de générer un courant important. Une manière simple, écologique et peu onéreuse de faire fonctionner, par exemple, des micro-capteurs.
L’électricité statique pour le mettre en marche
Ce générateur d’énergie est composé de deux petites cartes de papier dont l’une des faces est recouverte de crayon papier. Ce dépôt de carbone servira d’électrode. Du téflon est appliqué sur l’autre face de l’une des cartes. Placées l’une sur l’autre, elles forment ainsi un sandwich de deux couches de carbone à l’extérieur, suivies de deux couches de papier et une de téflon. Elles sont fixées l’une sur l’autre de manière à ce qu’elles ne se touchent pas. Sans action mécanique, le système est donc neutre.
Une pression du doigt sur le système fait entrer en contact les deux isolants. Une différence de charge se crée à la surface: positive pour le papier, négative pour le téflon. Lorsque les deux cartes sont à nouveau séparées, la charge est répercutée sur les zones de carbone qui servent d’électrodes. Un condensateur placé sur le circuit récupère le faible courant généré.
Afin d’accroître le rendement de son dispositif, Xiao-Sheng Zhang, postdoctorant au Laboratoire de microsystèmes de l’EPFL, a utilisé du papier de verre. Pressé fortement contre les petites cartes et le scotch téflon, il leur imprime sa surface rugueuse. Cela augmente la zone de contact. Cette astuce permet d’améliorer de plus de 6 fois l’efficacité du dispositif. En appuyant avec le doigt, même à un rythme lent, entre une et deux fois par seconde, une tension équivalant à 2 piles AA peut être libérée par le condensateur pendant une courte durée. C’est suffisant pour activer des micro- ou nanocapteurs qui n’ont besoin que de peu de d’énergie électrique pour leur fonctionnement.
Alimenter des capteurs de papier
Les recherches sur l’utilisation de l’électricité statique dans le but de générer de l’énergie, regroupées sous le nom de "TENG pour Tribo-Electric NanoGenerator", ont débuté en 2012. «Celui que nous avons mis au point dans le cadre de ce projet européen offre une nouvelle approche prometteuse. Il est le premier à utiliser des matériaux naturels, compatibles avec l’environnement et d’utilisation courante, souligne Jürgen Brugger, professeur au Laboratoire de microsystèmes.» Cela permet d’envisager de nombreuses applications par exemple dans le domaine médical et l’électronique portable. Des capteurs ultra low cost en papier pour divers diagnostics, particulièrement pratiques pour le tiers monde, sont d’ores et déjà expérimentés. Ce système de papier pourrait constituer l’étape suivante puisqu’il permettrait de se passer de batteries traditionnelles pour les alimenter. Ils ont de plus l’avantage de ne produire aucun déchet puisqu’il suffit de les incinérer, ou de les laisser se décomposer par dégradation naturelle.
La conférence IEEE-MEMS, durant laquelle a été présenté ce système, est le plus important congrès mondial dans le domaine des nano et micro systèmes.
*EPFL : Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
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