Il y a une dizaine d’années, des chercheurs de l’Institut technologique de Géorgie à Atlanta ont démontré qu’il était possible de récolter de l’énergie vibratoire. Leur dispositif était simple : il s’agissait essentiellement de deux feuilles de matériau mises en contact, puis fléchies. Utilisant des matériaux soigneusement sélectionnés, ce processus transfère la charge d’une feuille à l’autre, générant ainsi une tension entre elles. Un phénomène connu sous le nom d’effet triboélectrique. En pliant le matériau dans l’autre sens, on inverse la polarité.
Le dispositif résultant — un nanogénérateur triboélectrique — fait aujourd’hui l’objet d’une étude approfondie. On espère qu’il pourra alimenter une nouvelle génération d’appareils connectés à l’internet en récoltant l’énergie de presque toutes les vibrations ou mouvements mécaniques.
Mais il y a un problème, qui est presque omniprésent dans l’industrie électronique : les déchets. Les nanogénérateurs triboélectriques sont fabriqués à partir de feuilles de différents types de plastique. Par exemple, le polytétrafluoroéthylène ou (PTFE), l’éthylène-propylène fluoré et le polyéthylène téréphtalate (PET).
Questions relatives aux déchets
Ces produits sont courants, relativement bon marché et faciles à fabriquer. Des produits dérivés notamment du pétrole, stables et durables, avec divers impacts environnementaux connus. C’est un héritage environnemental peu recommandable qu’il vaudrait mieux éviter. Mais comment ?
Nous avons maintenant une réponse grâce aux travaux de Jianfeng Ping, de l’université de Zhejiang en Chine, et de ses collègues. Ils ont notamment trouvé un moyen de fabriquer des nanogénérateurs triboélectriques à partir de protéines végétales qui sont biodégradables. Le résultat est un dispositif de collecte d’énergie que l’on peut éliminer comme toute autre forme de déchet organique.
L’équipe a commencé par créer des biofilms en utilisant des protéines. Des protéines qui sont des sous-produits naturels de la transformation de cultures telles que le riz, le blé, les arachides et le soja. Ils ont combiné ces protéines avec un film d’acide polylactique pour créer une couche. Une couche dont ils pouvaient tester les effets triboélectriques, lorsqu’elle était placée en contact avec un film de PDA, un autre polymère biodégradable.
Il s’avère que la protéine de riz produit l’effet de tension le plus puissant. L’équipe pense que c’est le résultat de la structure chimique de la protéine, en particulier la façon dont les groupes amides se lient aux molécules d’eau. C’est cette liaison hydrogène que la friction semble influencer, créant ainsi une tension.
Que pouvez-vous donc faire avec un nanogénérateur triboélectrique biodégradable ? Les chercheurs affirment que l’une des applications consiste à encourager la croissance des plantes. Ils soulignent que diverses études ont montré que les plantes cultivées dans des champs électriques ont tendance à être plus grandes et à pousser plus vite. Ces champs encouragent la circulation des molécules d’eau hautement polaires dans les tissus végétaux.
Nanogénérateurs biodégradables : Une technique encore peu exploitée
Cette technique n’a jamais été largement utilisée en raison de l’infrastructure électronique nécessaire pour la faire fonctionner. Mais des feuilles biodégradables capables de produire la tension requise pourraient changer la donne.
À titre de preuve de concept, Jianfeng et ses collègues ont fait pousser des choux céleri chinois, ou bok choi, à travers des feuilles perforées de nanogénérateurs biodégradables. Des feuilles qui généraient un champ allant jusqu’à 180 V. Ils ont comparé les taux de croissance et la taille des plantes cultivées dans des conditions similaires, mais sans les voltages. « Nos résultats suggèrent que l’utilisation de bio-[nanogénérateurs triboélectriques] comme films de paillage peut favoriser la croissance du bok choi, et que les plantes plus proches du champ électrique produit par le film de paillage présentent des effets de croissance plus évidents », expliquent l’équipe.
Ensuite, ils ont observé la biodégradation des feuilles. Indiquant ainsi que le film de protéines de riz s’est complètement dégradé en 127 jours.
C’est un travail intéressant qui ouvre la voie à d’autres recherches sur le potentiel agricole des nanogénérateurs biodégradables. Toutefois, il est clair qu’il reste de nombreuses questions à étudier comme le rendement global de ce processus, son incidence sur la croissance des plantes indésirables et l’utilisation d’herbicides, le coût global, etc.
Mais l’idée que des nanogénérateurs électroniques puissent être fabriqués à partir de déchets issus de la transformation des aliments est certainement importante.
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