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Comment récupérer toute l’énergie perdue de la Terre ?

Crédits : Pexels

Une équipe de chercheurs explique avoir trouvé le moyen de récupérer l’énergie de la Terre en transformant l’excès de rayonnement infrarouge et la chaleur perdue en électricité. Et pour ce faire, nous devons plonger dans le monde mystérieux de l’infiniment petit.

Il y a sur Terre beaucoup d’énergie gaspillée – la plus grande partie de la lumière du Soleil qui frappe notre planète est en effet absorbée par les surfaces, les océans et notre atmosphère. Ce réchauffement conduit à une fuite constante de rayonnement infrarouge, que certains estiment à des millions de gigawatts par seconde. Mais parce que les longueurs d’onde infrarouges sont si courtes, nous avons besoin de capteurs minuscules pour les exploiter. C’est alors que « l’effet tunnel », inhérent à la mécanique quantique, entre en jeu.

Le concept implique une physique étrange qui permettrait ainsi de détecter la chaleur infrarouge rejetée par notre planète sous forme d’ondes électromagnétiques à haute fréquence, pour ensuite transformer ces signaux en une charge de courant continu pour les batteries ou les dispositifs d’alimentation. Le problème, c’est que les ondes infrarouges oscillent des milliers de fois plus vite qu’un semi-conducteur typique. « Il n’y a pas de diode commerciale dans le monde qui puisse fonctionner à une telle fréquence », explique Atif Shamim, de l’Université des Sciences et Technologies du Roi Abdallah (KAUST) en Arabie Saoudite, et principal auteur de cette étude. « C’est pourquoi nous nous sommes tournés vers l’effet tunnel ».

L’effet tunnel est un phénomène bien établi en physique quantique, grâce auquel un objet peut franchir une barrière de potentiel même si son énergie est inférieure à l’énergie minimale requise pour franchir cette barrière. L’un des exemples le plus souvent utilisés est celui d’une balle roulant sur une colline : en physique classique, la balle a besoin d’une certaine quantité d’énergie pour pouvoir monter la colline et passer de l’autre côté. En physique quantique, la balle peut traverser la colline avec moins d’énergie – grâce au principe d’incertitude positionnelle – qui est au cœur de toute la physique quantique.

Les dispositifs de tunnellisation tels que les diodes MIM (Metal-Insulator-Metal) utilisées ici rectifient les ondes infrarouges en déplaçant les électrons à travers une petite barrière. Les diodes MIM peuvent alors traiter des signaux à haute fréquence, de l’ordre de femtosecondes. Pour générer les champs intenses nécessaires à l’effet tunnel, l’équipe s’est tournée vers une nano-antenne unique en forme de nœud papillon, qui prend en sandwich un film mince et isolant placé entre deux bras métalliques légèrement superposés.

« La partie la plus difficile était le chevauchement à l’échelle nanométrique des deux bras d’antenne, qui nécessitait un alignement très précis », explique l’un des chercheurs, Gaurav Jayaswal. Cette nouvelle diode MIM a ici été capable de capturer avec succès le rayonnement infrarouge avec une tension appliquée nulle, de sorte qu’elle ne s’allume que lorsque cela est nécessaire.

Alors que les panneaux solaires conventionnels ne peuvent récolter qu’une petite partie du spectre de la lumière visible, être en mesure de capter tout l’excès de rayonnement infrarouge représenterait un changement révolutionnaire dans la production d’énergie. De plus, contrairement aux centrales solaires, ces cueilleurs d’énergie pourraient fonctionner 24 heures sur 24, quel que soit le temps. Néanmoins de nombreux défis techniques restent encore à relever – l’antenne n’est pas très économe en énergie, par exemple – mais c’est un début prometteur.

Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans la revue Materials Today Energy.

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