Des chercheurs suisses exploitent une source d'énergie inattendue située juste sous nos pieds : du parquet. Leur nanogénérateur permet au bois de générer de l'énergie à partir de nos pas. Ils ont également amélioré le bois utilisé dans leur nanogénérateur en combinant un revêtement en silicone et des nanocristaux intégrés. Ce qui a notamment permis d'obtenir un dispositif 80 fois plus efficace, suffisant pour alimenter des ampoules LED et de petits appareils électroniques.
L'équipe a commencé par transformer le bois en nanogénérateur. Pour cela, ils ont pris en sandwich deux morceaux de bois fonctionnalisés entre des électrodes. À l'instar d'une chaussette accrochée à une chemise fraîchement sortie du sèche-linge, les morceaux de bois se chargent électriquement par des contacts et des séparations périodiques lorsqu'on marche dessus. Un phénomène appelé effet triboélectrique. Les électrons peuvent être transférés d'un objet à un autre, générant ainsi de l'électricité. Toutefois, la fabrication d'un nanogénérateur en bois pose un problème.
« Le bois est fondamentalement triboélectrique », explique l'auteur principal Guido Panzarasa, chef de groupe à la chaire de science des matériaux en bois située à l'Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) de Zurich et au Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux (Empa) de Dübendorf. Cela signifie que le bois n'a pas de réelle tendance à acquérir ou à perdre des électrons ». Cela limite la capacité du matériau à générer de l'électricité. Le défi consiste donc à fabriquer du bois capable d'attirer et de perdre des électrons.
Du sol en bois pour une énergie suffisante pour les LED domestiques
Pour renforcer les propriétés triboélectriques du bois, les scientifiques ont recouvert un morceau de bois de polydiméthylsiloxane (PDMS). Une silicone qui gagne des électrons au contact, tout en fonctionnalisant l'autre morceau de bois avec des nanocristaux cultivés in situ, appelés imidazolate zéolitique (ZIF-8). Le ZIF-8, un réseau hybride d'ions métalliques et de molécules organiques, a une plus grande tendance à perdre des électrons. Les chercheurs ont également testé différents types de bois pour déterminer si certaines espèces ou le sens de la coupe du bois pouvaient influencer ses propriétés triboélectriques en servant de meilleur échafaudage pour le revêtement.
Les chercheurs ont découvert qu'un nanogénérateur triboélectrique fabriqué avec de l'épicéa coupé radialement avait les meilleures performances. L'ensemble des traitements a permis d'améliorer les performances du nanogénérateur triboélectrique. Il a produit 80 fois plus d'électricité que le bois naturel. La production d'électricité du dispositif est également restée stable sous des forces constantes jusqu'à 1 500 cycles.
Les chercheurs ont découvert qu'un prototype de plancher en bois dont la surface est légèrement inférieure à celle d'une feuille de papier peut produire suffisamment d'énergie pour alimenter des lampes LED domestiques et de petits appareils électroniques tels que des calculatrices. Ils ont réussi à allumer une ampoule avec le prototype lorsqu'un adulte humain marchait dessus, transformant les pas en électricité.
Une procédure respectueuse de l'environnement
« Notre objectif était de démontrer la possibilité de modifier le bois avec des procédures relativement respectueuses de l'environnement pour le rendre triboélectrique », explique M. Panzarasa. « L'épicéa est bon marché et disponible et présente des propriétés mécaniques favorables. L'approche de la fonctionnalisation est assez simple et peut être adaptée à un niveau industriel. Ce n'est qu'une question d'ingénierie. »
En plus d'être efficace, le nouveau nanogénérateur préserve également les caractéristiques qui rendent le bois utile pour la décoration intérieure. Utiles notamment par sa robustesse mécanique et ses couleurs chaudes. Ces caractéristiques pourraient contribuer à promouvoir l'utilisation de nanogénérateurs en bois comme sources d'énergie verte dans les bâtiments intelligents. Ils affirment également que la construction en bois pourrait contribuer à atténuer le changement climatique. Ils peuvent en effet piéger le CO2 de l'environnement tout au long de la durée de vie du matériau.
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