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Posté par Publication le Jeudi 06/03/2014 à 00:00
Récupérer l'énergie infrarouge de la Terre
Des physiciens de l'école de Harvard de l'ingénierie et des sciences appliquées (SEAS) envisagent un dispositif qui utilise l'énergie des émissions infrarouges de la Terre vers l'espace à partir des fermes de panneaux solaires.

Chauffée par le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...), la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) se réchauffe le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les...) et la nuit renvoie la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) accumulée. Les chercheurs Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) appliquée et Vinton Hayes Senior Research Fellow à Harvard SEAS ont compris que le déséquilibre de température pourrait être transformé en une source d'énergie encore inexploitée.

"Ce n'est pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) évident, au premier abord, la façon dont vous pouvez générer de l’énergie à partir du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...) de la Terre vers l’atmosphère refroidie", explique le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) principal Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton Hayes Senior Research Fellow à Harvard SEAS. "Produire de l'énergie naturelle sans absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...) de lumière, n'est pas habituel. C'est logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et...) physiquement, mais pas intuitif. Nous parlons de l'utilisation de la physique à l'échelle nanométrique pour une application entièrement nouvelle."

Capasso est un expert de renommée mondiale en physique des semi-conducteurs, de la photonique et de l'électronique à l'état solide. Il a co-inventé le laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le...) infrarouge à cascade quantique en 1994, pionnier dans ces domaines, il a démontré un phénomène électrodynamique quantique appelé la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf....) de Casimir pour laquelle il a reçu la médaille d'or SPIE, le Prix Société européenne de physique pour l'Électronique quantique et l'Optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), et le Prix Jan Czochralski pour sa carrière.

"La bande IR moyen de 3,50 µm a été, dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...), une partie négligée du spectre", dit Capasso. "Même pour la spectroscopie, jusqu'à la création du laser à cascade quantique. Cette bande IR a toujours été considérée comme un domaine très difficile a exploiter."

Maintenant, Capasso et son équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) proposent quelque chose qui ressemble à un panneau solaire (Un panneau solaire ou capteur solaire est un dispositif destiné à récupérer une partie du rayonnement solaire pour le convertir en énergie solaire utilisable par...) photovoltaïque, mais au lieu de capter la lumière , le dispositif produit de l'énergie électrique en provenance de la lumière infrarouge.

Pour montrer l'éventail des possibilités, le groupe de Capasso propose deux types de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...). Le premier type consisterait en une plaque "chaude" à la température de la terre et de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...), avec une plaque "froide" au dessus de celle-ci. La plaque froide, serait constituée d'un matériau très émissif qui refroidit par rayonnement très efficacement la chaleur vers le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.). Sur la base de mesures des émissions infrarouges à Lamont, Oklahoma, les chercheurs ont calculé que la différence de chaleur entre les plaques pourrait générer quelques watts par mètre carré, jour et nuit. Garder la plaque "froide" plus froide que la température ambiante serait difficile, mais ce dispositif illustre le principe général: les différences de température peuvent générer l’énergie.

"Cette approche est assez intuitive, car nous combinons les principes des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...) thermiques et du refroidissement radiatif", dit Byrnes. "Si vous avez deux composants à la même température, évidemment, vous ne pouvez pas extraire de l’énergie, mais si vous avez deux températures différentes vous le pouvez", dit Capasso. "Mais ce n'est pas simple au niveau du comportement des d'électrons, l'explication est beaucoup moins intuitive."

Le résultat, d'après Byrnes, est que "vous obtenez un courant électrique issu directement du processus de rayonnement, sans l'étape intermédiaire de refroidissement d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une...) macroscopique." Selon le document (Dans son acception courante un document est généralement défini comme le support physique d'une information.), un dispositif plat unique pourrait être revêtu de ces circuits, et pourrait produire de l'énergie.

Autre approche l'optoélectronique

"Beaucoup de recherches ont été effectuées sur des diodes infrarouges pendant 50 ans sans beaucoup de résultats, mais les progrès récents, tels que la nanofabrication ont amélioré sensiblement les performances et le processus de fabrication", d'après Byrnes.

Cependant, même avec les meilleures diodes infrarouges actuelles, il y a un problème. "Si vous captez l'énergie des émissions infrarouges , la tension (La tension est une force d'extension.) sera relativement faible », explique Byrnes. "Cela signifie qu'il est très difficile de créer une diode infrarouge qui va bien fonctionner."

Les ingénieurs et les physiciens, y compris Byrnes, envisagent déjà de nouveaux types de diodes qui peuvent gérer des tensions plus faibles, tels que les diodes tunnels. Une autre approche consisterait à augmenter l'impédance des composants de circuits, ce qui augmente la tension à un niveau plus pratique.

La vitesse (On distingue :) présente un autre défi. "Seule une classe de diodes peut s'allumer et s'éteindre moins de 30 billion (Un billion (1 000 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf milliards neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille...) de fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est...), et c'est ce que nous avons besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) pour les signaux infrarouges», d'après Byrnes. "Nous devons faire face aux exigences de vitesse en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nous traitons avec les exigences de tension et d'impédance. Maintenant que nous comprenons les contraintes et les spécifications," ajoute Byrnes, "nous sommes dans une bonne position pour travailler sur l'ingénierie d'une solution."

Pour plus d'information voir (en anglais) "Infrared: A new renewable energy source?" http://www.seas.harvard.edu/news/2014/0 ... rgy-source
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