Ces bottes ont été conçues pour générer de l'énergie

James Wimshurst était un ingénieur et inventeur du XIXe siècle qui a conçu une machine fascinante pour générer des hautes tensions. La machine qui porte désormais son nom est constituée de deux disques contrarotatifs munis de pastilles métalliques.

Les disques sont en contact avec deux brosses métalliques reliées à une paire de sphères métalliques séparées par un petit espace. Les brosses captent la charge des disques, qui s'appuie sur les sphères de sorte que, finalement, une étincelle saute à travers l'espace entre eux. Le mécanisme qui charge les sphères est l'induction électrique, qui amplifie toute petite charge sur les patchs métalliques.

Au XIXe et au début du XXe siècle, les physiciens et les ingénieurs utilisaient des machines de Wimshurst et des appareils similaires pour alimenter des appareils à rayons X et même des accélérateurs de particules. Mais aujourd'hui, ces machines sont rares, utilisées uniquement dans les musées scientifiques et les salles de classe pour démontrer les principes de l'électrostatique.

Aujourd'hui, cela pourrait changer grâce au travail de Maria Napoli et de ses collègues de l'Université de Californie à Santa Barbara, qui ont réinventé la machine Wimshurst pour le 21e siècle. Ces gens ont créé une version microfluidique qui peut récolter l'énergie de l'environnement et la transformer en énergie utilisable.

Dans le nouvel appareil, des gouttelettes de mercure dans l'huile s'écoulent à travers un canal creusé dans une feuille de plastique PDMS (polydiméthylsiloxane). Le canal transporte les gouttelettes de mercure les unes contre les autres dans des directions opposées, tout comme les disques contrarotatifs dans une machine Wimshurst conventionnelle.

Les électrodes intégrées dans le canal microfluidique emportent la charge à mesure qu'elle s'accumule. Mais au lieu de créer des étincelles, cette charge peut être utilisée comme énergie. Napoli et co calculent qu'un circuit à l'échelle centimétrique avec des canaux de seulement 300 micromètres de large, avec des gouttes de mercure circulant à une vitesse de 10 millimètres par seconde, pourrait générer environ 12 microwatts de puissance.

L'équipe a construit un dispositif de preuve de principe pour tester l'idée. La machine microfluidique de Wimshurst consiste en un canal principal de seulement cinq centimètres de long, transportant quelques millimètres cubes de mercure. Il génère une petite fraction de la puissance maximale théorique - seulement quatre nanowatts.

Mais cela ne dérange pas l'équipe. La microfluidique permet une gamme d'améliorations qui ne sont pas possibles avec les dispositifs à semi-conducteurs, telles que la modification de la largeur et de la séparation des canaux et un meilleur contrôle de la taille et de la distribution des gouttelettes.

Les calculs indiquent que des améliorations simples de la géométrie devraient être capables d'augmenter la puissance de sortie d'un appareil à canal unique jusqu'à trois ordres de grandeur, disent-ils.

De plus, plusieurs canaux peuvent facilement fonctionner en série ou en parallèle pour générer encore plus de puissance. Et un gros avantage de ce type de dispositif microfluidique par rapport aux autres récupérateurs d'énergie est qu'il n'a pas à fonctionner à une fréquence de résonance.

Napoli et co étudient le rendement potentiel de ce genre d'appareil entraîné par une pompe à membrane dans le talon d'une botte. En supposant qu'une personne puisse marcher au rythme d'un pas par seconde, une pompe de deux centimètres de diamètre pourrait fournir un débit suffisant pour 250 canaux microfluidiques parallèles, qui ensemble produiraient une puissance d'environ 10 milliwatts, disent Napoli et co.

C'est à peu près suffisant pour alimenter le laser d'un lecteur de DVD, et une quantité prometteuse pour divers appareils de communication et capteurs à faible consommation d'énergie actuellement en cours de développement.

Il y a donc de bonnes raisons de s'attendre à ce qu'une version à grande échelle de notre prototype d'appareil soit portable, pratique et suffisamment puissante pour une variété d'utilisations de récupération d'énergie, concluent-ils.

Bien sûr, il y a des défis à relever. Une question importante plane sur la durabilité d'un tel dispositif compte tenu des coups que subissent les bottes au cours de leur vie. Mais c'est une question de développement sur laquelle l'équipe peut travailler.

Il ne faudra peut-être pas longtemps avant que la meilleure façon de recharger un téléphone soit d'enfiler une paire de pompes et d'aller courir. Wimshurst serait sûrement étonné.

Réf : arxiv.org/abs/1803.02454 : Récupération d'énergie avec une machine à influence microfluidique à métal liquide

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