Ferrofluides: une piste prometteuse pour convertir la chaleur perdue en électricité
Publié par Adrien le 10/10/2018 à 08:00
Source: CEA
Grâce à une approche théorique et expérimentale, des chercheurs de l'Iramis ont pu élucider plusieurs mécanismes à l'origine de l'effet thermoélectrique dans des liquides ioniques chargés en nanoparticules magnétiques et obtenir des efficacités de conversion parmi les plus élevées. 

Les pertes thermiques liées aux activités humaines représentent entre 20 et 50 % de la consommation mondiale d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Il serait donc très intéressant de convertir en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) ne serait-ce qu'une fraction de cette chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) perdue. Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) thermoélectriques permettent cette conversion chaleur-électricité (effet Seebeck) mais l'effet produit reste modeste. Il est plus élevé dans les électrolytes liquides mais ceux-ci souffrent d'une faible conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.). D'où l'intérêt croissant pour les liquides ioniques, qui sont de bons conducteurs ioniques, ainsi que pour les fluides complexes, associant solutions colloïdales et nanoparticules.

Une équipe de l'Iramis a étudié les divers mécanismes à l'oeuvre dans une cellule thermoélectrique dont l'électrolyte est un ferro-fluide ionique aqueux, chargé en nanoparticules magnétiques. L'électrolyte contient plusieurs porteurs de charges (ions et particules colloïdales) formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) un couple d'oxydo-réduction, qui échangent des électrons comme dans une pile classique. Les chercheurs ont pu détailler les contributions des différentes composantes de l'effet thermoélectrique dans des conditions variables (de composition de l'électrolyte, notamment).

Plusieurs résultats importants ont été obtenus. L'inclusion d'une très petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer...) de nanoparticules magnétiques permet de doubler la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) électrique délivrée par la cellule, même si l'effet thermoélectrique est légèrement réduit. Par ailleurs, l'application d'un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point de...) modéré peut augmenter de 25 % le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de...) thermoélectrique pour de faibles concentrations en nanoparticules.

Cet axe 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...) prometteur se poursuit dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) européen " Fet proactive " Magenta, coordonné par l'Iramis, qui associe physiciens, chimistes et électochimistes, avec la participation de quatre industriels, dont trois PME.

Références

Thermoelectricity and thermodiffusion in magnetic nanofluids: entropic analysis, Entropy (Entropy (Emerging Network To Reduce Orwellian Potency Yield) est un logiciel développé comme une réponse à la censure et la surveillance croissante d'Internet.)

Can charged colloidal particles increase the thermoelectric energy conversion efficiency?, Physical Chemistry Chemical Physics
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