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Le ciel nocturne fournira-t-il bientôt de l’énergie ?

Énergie

Publié le
mardi 14 janvier 2020 à 04:00

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De nombreux chercheurs en sont de plus en plus persuadés. Même si les progrès sont encore timides, ces panneaux solaires inversés pourraient, dans un avenir proche, s’ajouter aux technologies de production d’énergie renouvelable. Mais comment fonctionnent-ils ? Et d’où tirent-ils leur énergie ?

Leur principe de fonctionnement est identique à celui des panneaux solaires conventionnels. Tout comme ces derniers, ceux-ci disposent d’un matériau semi-conducteur dans lequel les photons de lumière venant de l’extérieur arrachent des électrons aux atomes du semi-conducteur qui forment alors le courant électrique.

La différence est qu’ici, les photons ne proviennent pas du Soleil mais de la Terre elle-même. La nuit, la zone nocturne de notre planète éclaire le ciel en rendant une partie de l’énergie absorbée durant le jour. Cette lumière est formée de photons infrarouges, dits thermiques, que l’atmosphère terrestre laisse échapper dans l’espace et dont la longueur d’onde est comprise exactement entre 8 et 13 microns (infrarouge lointain). La différence de température entre la surface terrestre nocturne et l’espace (quelque – 270°C) permettrait de générer de l’énergie. Plus cette différence est grande, plus le nombre de photons infrarouges irradiés est grand.

Un dispositif plus complexe qu’il n’y paraît

Pour capter cette énergie, deux principales pistes sont actuellement explorées. La première consiste à utiliser comme matériau semi-conducteur des photodiodes[1] infrarouges dont la surface sensible est orientée vers le ciel, soit directement, soit à l’aide d’un miroir parabolique. Le problème est que capter de l’énergie à partir de la lumière infrarouge est loin d’être simple. Le dispositif est plus complexe qu’un simple panneau photovoltaïque, car il doit organiser les flux de chaleur afin de maintenir les photodiodes à la température maximale, à savoir celle du sol.

De plus, les photodiodes actuelles ne sont pas très performantes. Les prototypes génèrent à peine 64 nanowatts (64 milliardièmes de watts) par mètre carré. Ceux-ci pourraient en théorie être améliorés jusqu’à atteindre les 4 watts par mètre carré en prenant pour hypothèse une température au sol de 20°C. C’est certes encourageant – toute initiative visant à remplacer l’énergie fossile est bonne à prendre -, mais cela reste très faible comparé aux panneaux solaires qui génèrent, eux, de 100 à 200 watts par mètre carré.

Exit le silicium, place aux nanomatériaux du futur

La deuxième solution résiderait dans l’utilisation de nanomatériaux innovants. Des chercheurs de l’Université de Berkeley aux États-Unis et de l’Université nationale australienne (ANU Research School of Physics and Engineering) ont ainsi développé une surface étonnante. Celle-ci serait capable non seulement de capter la lumière mais aussi la chaleur environnante sous la forme de rayonnements infrarouges. Ses cellules thermophotovoltaïques microscopiques sont en effet sensibles aux infrarouges qui rayonnent la nuit. D’après les chercheurs, ces panneaux solaires du futur pourraient fournir jusqu’à 10 fois plus d’énergie que les cellules photovoltaïques actuelles.

Au lieu d’utiliser du silicium qui disperse fortement les ondes, les scientifiques ont superposé, comme pour un millefeuille, des couches très fines de nanomatériaux composés d’or et de fluorure de magnésium (utilisé notamment dans les lentilles). Ils ont ensuite découpé des petits trous permettant aux ondes de se rassembler dans une seule direction. Grâce à cette « dispersion magnétique hyperbolique », la chaleur est dirigée vers la cellule qui va la transformer en électricité[2].

La nuit deviendra-t-elle notre alliée dans notre course contre la montre pour remplacer l’énergie d’origine fossile ? Peut-être, mais pas tout de suite en tout cas. Les photodiodes ont encore de sérieux progrès à faire et les nanomatériaux n’en sont encore qu’à la phase expérimentale, donc pas commercialisables avant quelques années.


[1] Une photodiode est un composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique.

[2] Les résultats de l’étude ont été publiées dans le magazine Nature.

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Source photo : Shutterstock

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mardi 14 janvier 2020


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