Ressource énergétique découverte au cours du 19ème siècle par le physicien allemand Thomas Johann Seebeck, la thermoélectricité est un phénomène physique qui permet de valoriser la chaleur en électricité. Cette discipline connait aujourd’hui un regain d’intérêt auprès de la communauté scientifique en raison notamment des problématiques environnementales contemporaines et de la hausse des coûts de l’énergie.

Des récents travaux issus du prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT) témoignent de ce renouveau.

Un groupe de chercheurs a en effet annoncé la mise au point d’un nouveau matériau capable de générer de l’électricité en exploitant les variations de température de l’air ambiant.

Valoriser les fluctuations naturelles de température

Les recherches sur la thermoélectricité sont pendant longtemps tombées dans l’oubli en raison des faibles rendements de cette technologie et de ses coûts importants.

À l’aube de la transition énergétique entamée par la communauté internationale, des scientifiques ont décidé de se pencher à nouveau sur la mise au point de dispositifs thermoélectriques plus puissants.

C’est dans ce contexte qu’un groupe de scientifiques du MIT a annoncé, dans une étude publiée dans la revue scientifique Nature Communication, la mise au point d’une machine capable de transformer les variations de température en électricité.

« Nous avons construit le premier résonateur thermique. C’est quelque chose qui peut se poser sur un bureau et générer de l’énergie à partir de ce qui ne semble rien. Nous sommes constamment entourés de fluctuations de température de toutes les fréquences. C’est une source d’énergie inexploitée », explique en quelques mots le professeur d’ingénierie chimique Michael Strano.

Ce nouvel appareil se présente sous la forme d’une petite valise noire portative capable de produire de l’électricité 100% renouvelable en utilisant les fluctuations de température qui surviennent de manière naturelle dans l’air ambiant.

Le résonateur thermique du MIT est par exemple capable de produire de l’électricité grâce aux différences de températures diurnes et nocturnes.

Une d’effusivité thermique optimisée

Lorsqu’il est exposé à une variation de température, le résonateur thermique crée un courant électrique grâce au déplacement des électrons qui transite du point chaud vers le point froid. Plus la différence de température est importante, plus le courant électrique sera puissant.

La quantité d’électricité générée est donc étroitement liée à la puissance du courant électrique et donc à la différence de température à la base de la réaction.

La « mallette noire » du MIT est composée de mousse métallique, de graphène et d’octadecane (une sorte de cire qui change de consistance lorsque la température varie). Ce sont les propriétés de ces composants qui ont permis d’optimiser l’effusivité thermique du dispositif (c’est-à-dire sa capacité à absorber et restituer les apports de chaleur). « La cire d’octadecane à changement de phase emmagasine la chaleur et le graphène assure une conductivité thermique très rapide », explique Anton Cottrill, un des auteurs de l’étude.

Un prototype de résonateur thermique a été installé sur le toit du MIT pour exploiter les changements de température induits par l’alternance du jour et de la nuit. Lors de ces essais, il a réussi à produire, grâce à une différence de température moyenne de 10°C, un courant électrique de 350 mV et une puissance de 1,3mW. Ces quelques 0.0013 watts d’électricité peuvent paraitre dérisoires mais ils ont alimenté de petits capteurs ou des systèmes de communication.

Un dispositif énergétique complémentaire avant tout ?

Les premiers résultats sont donc prometteurs. Contrairement aux énergies renouvelables intermittentes, la thermoélectricité est une ressource énergétique stable et prévisible : grâce au caractère cyclique des variations de température (qui se déroulent en permanence autour de nous), le résonateur thermique est en effet capable de fonctionner quelques soient les conditions météorologiques.

Les chercheurs du MIT estiment que ce dispositif thermoélectrique innovant pourrait être utilisé en complément d’autres technologies de production d’énergie. Couplé à un panneau photovoltaïque, le résonateur thermique pourrait en effet réduire la déperdition calorifique en valorisant énergétiquement les pertes de chaleur du panneau.

Il pourrait également servir de source d’énergie lors de missions spatiales (en permettant de répondre à une partie des besoins électriques des rovers).

« Dans ce cadre notre solution, est un système supplémentaire qui même s’il est insuffisant pour alimenter un process industriel peut simplement permettre l’envoi d’un message d’urgence », estime un des auteurs de l’étude.