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Une alternative à votre alternateur
Les chercheurs du MIT développent une nouvelle technologie pour convertir la chaleur en lumière puis en électricité qui pourrait éventuellement économiser du carburant dans les véhicules en remplaçant les alternateurs moins efficaces et en permettant aux systèmes électriques de fonctionner sans que le moteur ne tourne au ralenti.
Un générateur thermophotovoltaïque (TPV) brûle du carburant pour chauffer un matériau qui émet de la lumière (radiateur étiqueté). La lumière est ensuite filtrée et convertie en électricité dans des cellules photovoltaïques (PV). (Image avec l'aimable autorisation de John Kassakian, MIT.)
La technologie, appelée thermophotovoltaïque, utilise de l'essence pour chauffer un matériau électroluminescent, en l'occurrence du tungstène. Une cellule photovoltaïque convertit ensuite la lumière en électricité. L'idée existe depuis les années 1960, explique John Kassakian, professeur d'ingénierie électrique et d'informatique au MIT. Mais jusqu'à présent, les émetteurs de lumière pour le photovoltaïque produisaient des systèmes inefficaces et très coûteux. Les améliorations apportées aux matériaux utilisés dans ces derniers appareils – possibles en partie parce que les chercheurs peuvent modifier la structure des matériaux à l'échelle nanométrique – créent désormais des systèmes beaucoup plus efficaces, explique Kassakian.
Selon Kassakian, le système pourrait potentiellement être un moyen plus efficace d'alimenter les systèmes électriques d'un véhicule que l'actuel basé sur l'alternateur, qui gaspille de l'énergie en deux étapes : le moteur à combustion interne ne convertit qu'environ 30 % de l'énergie du carburant en mouvement, puis l'alternateur n'est efficace qu'à 50 % pour convertir l'énergie mécanique en électricité. Il dit qu'un petit prototype de dispositif thermophotovoltaïque qui pourrait confirmer l'amélioration de l'efficacité du système pourrait être prêt dans un an.
Les chercheurs ont modifié la structure de surface de l'émetteur de lumière, y gravant des fosses de taille nanométrique pour régler les longueurs d'onde de la lumière émise précisément sur celles qu'une cellule photovoltaïque peut convertir le plus efficacement en électricité. Ils ont encore affiné le dispositif avec l'utilisation de filtres qui permettent aux longueurs d'onde de lumière souhaitées de passer à travers les cellules photovoltaïques, mais reflètent d'autres longueurs d'onde vers l'émetteur de lumière. La lumière réfléchie transporte de l'énergie qui aide à garder l'émetteur chaud, réduisant ainsi la quantité de carburant nécessaire.
En plus de remplacer l'alternateur par un module thermophotovoltaïque, explique Kassakian, la technologie pourrait faire partie d'un système de climatisation pour véhicules ne nécessitant pas de compresseur. Parce que cela diminuerait considérablement la charge sur un moteur, cela pourrait permettre d'arrêter le moteur lorsque le véhicule s'arrête dans la circulation et de le redémarrer facilement. Les hybrides d'aujourd'hui utilisent cette technique pour économiser de l'essence, mais nécessitent de grosses batteries pour fournir de l'électricité à la radio et aux lumières, et pour redémarrer le moteur, et ils doivent rallumer le moteur lorsque la charge de la batterie est épuisée. Dans le nouveau système MIT, ces batteries ne seraient pas nécessaires.
En effet, si les nouveaux matériaux rendent le thermophotovoltaïque plus efficace, les utilisations potentielles ne manqueront pas. Kassakian dit qu'une application particulièrement bonne, lorsqu'elle est combinée avec un nouveau système de climatisation, pourrait être utilisée dans les camions avec des cabines couchettes pour refroidir les cabines et fournir de l'électricité pour les téléviseurs et autres équipements. Et, dit Donald Chubb, chercheur au centre de recherche Glenn de la NASA, l'armée s'y intéresse beaucoup pour les alimentations électriques portables sur le terrain. Parce qu'il n'y a pas de pièces mobiles, il n'y aurait pas de bruit, donc vous ne pourriez pas le détecter.
Cependant, il faudra plusieurs années avant que la technologie puisse être utilisée dans les véhicules. Les défis comprennent l'intensification du processus de fabrication, le développement de systèmes d'isolation et de refroidissement efficaces pour gérer la chaleur générée et la garantie que le système reste efficace à plus grande échelle. La recherche du MIT est financée en partie par Toyota, mais le constructeur automobile ne s'est pas engagé à mettre en œuvre la technologie.