L’énergie du futur : les vibrations à la source de l’alimentation IoT

Un groupe de recherche international a mis au point un dispositif inédit capable de générer de l’énergie. Ce dispositif combine des composites piézoélectriques et du polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP), un matériau couramment utilisé pour sa légèreté et sa robustesse. Il transforme les vibrations environnantes en électricité, constituant une solution fiable et efficace pour alimenter des capteurs autonomes.

L’importance de la récupération d’énergie

La récupération d’énergie, qui consiste à convertir l’énergie de l’environnement en énergie électrique utilisable, est un enjeu crucial pour garantir un futur durable.

« De nombreux objets de notre quotidien, des réfrigérateurs aux lampadaires, sont connectés à Internet dans le cadre de l’Internet des Objets (IoT), et beaucoup d’entre eux sont équipés de capteurs qui collectent des données« , déclare Fumio Narita, co-auteur de l’étude et professeur à l’École Supérieure d’Études Environnementales de l’Université de Tohoku. « Mais ces appareils IoT ont besoin d’énergie pour fonctionner, ce qui peut être un défi s’ils sont situés dans des endroits isolés, ou s’ils sont nombreux. »

Un dispositif innovant pour une efficacité optimale

Les vibrations, tout comme la chaleur ou les rayons du soleil, sont en mesure de générer de l’électricité. Les matériaux piézoélectriques, capables de produire de l’électricité sous l’effet du stress physique, permettent d’exploiter l’énergie vibratoire. Le CFRP, grâce à sa durabilité et sa légèreté, est largement utilisé dans les industries aérospatiale et automobile, l’équipement sportif et le matériel médical.

Fumio Narita explique : « Nous nous sommes demandé si un capteur de vibrations piézoélectrique (PVEH) combinant la robustesse du CFRP avec un composite piézoélectrique, pourrait être un moyen plus efficace et durable de récupérer de l’énergie.

Le groupe a créé le dispositif en associant le CFRP et des nanoparticules de niobate de potassium et de sodium (KNN) mélangées à de la résine époxy. Le CFRP sert à la fois d’électrode et de substrat de renforcement.

Performances et perspectives prometteuses

Le dispositif, baptisé C-PVEH, a tenu ses promesses. Des tests et des simulations ont montré qu’il pouvait maintenir des performances élevées, même après avoir été plié plus de 100 000 fois. Il a prouvé sa capacité à stocker l’électricité générée et à alimenter des lumières LED. De plus, il a surpassé d’autres composites polymères à base de KNN en termes de densité de sortie d’énergie.

Le C-PVEH contribuera à promouvoir le développement de capteurs IoT autonomes, conduisant à des dispositifs IoT plus économes en énergie.

Le Pr. Narita et ses collègues sont également enthousiastes quant aux avancées technologiques de leur découverte. « Outre les avantages sociétaux de notre dispositif C-PVEH, nous sommes ravis des contributions que nous avons apportées au domaine de la récupération d’énergie et de la technologie des capteurs. Le mélange d’une excellente densité de sortie d’énergie et d’une grande résilience peut guider les futures recherches sur d’autres matériaux composites pour des applications diverses.« 

En guise de conclusion

L’élaboration du dispositif C-PVEH marque un tournant important dans le domaine de la récupération d’énergie. Sa capacité à convertir les vibrations en électricité pourrait bien révolutionner l’alimentation des appareils IoT, en particulier dans les endroits isolés ou en grande quantité.

Toutefois, comme toute technologie émergente, le C-PVEH devra faire face à des défis, notamment en termes de coût de production, d’intégration dans les appareils existants et d’acceptation par le grand public.

FAQ / Questions et réponses

Les détails de cette recherche ont été publiés dans la revue Nano Energy le 13 juin 2023.

Légende illustration principale : Principe, conception structurelle et application des matériaux nanocomposites piézoélectriques renforcés par des fibres de carbone. Université de Tohoku