La chaleur humaine pour alimenter des vêtements intélligents
Imaginez que vous abandonniez votre moniteur d’activité physique pour un sweat-shirt capable de surveiller votre rythme cardiaque et d’enregistrer l’intensité de votre entraînement. Le problème, bien entendu, tient au fait que les tenues de sport doivent être lavées après usage et que l’électronique, comme on le sait, ne se fait pas bon ménage avec l’eau.
Le projet ThermoTex, financé par l’UE, a relevé ce défi en étudiant le potentiel des appareils électroniques portables en plastique capables de fonctionner sans batteries, en récupérant l’énergie de la chaleur corporelle de l’utilisateur.
Où il est question de sondes spatiales
Les générateurs thermoélectriques exploitent la différence de température à travers une surface pour produire de l’électricité, en utilisant parfois des matériaux radioactifs comme source de chaleur. «Ils sont généralement utilisés là où l’argent n’a pas grande importance», explique Christian Müller, coordinateur du projet ThermoTex. «Des dispositifs thermoélectriques ont été utilisés pour alimenter des sondes spatiales, ainsi que des phares dans l’Arctique.»
Les technologies thermoélectriques actuelles reposent sur des alliages métalliques délicats et toxiques qui ne se prêtent pas à une utilisation dans les textiles. Pour créer des appareils électroniques portables, Christian Müller et son équipe de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, ont travaillé avec des plastiques conducteurs.
«Ceux-ci sont moins performants que les alliages métalliques, mais leur traitement et leur fabrication sont extrêmement peu coûteux, ce qui nous a permis de réaliser des gains importants en termes de coûts», explique-t-il.
Gradient thermique
Cependant, l’efficacité des dispositifs thermoélectriques dépend de l’importance de cette différence de température. «En fin de compte, les quantités d’énergie que l’on peut récolter ne sont pas énormes», ajoute Christian Müller. «Nous souhaitons développer cette technologie pour alimenter de petits appareils portables et des capteurs de l’internet des objets.»
Pour ce faire, l’équipe a transformé des plastiques conducteurs en fibres ou en fils, et finalement en textiles qui pourraient être organisés comme un circuit électronique. Leur validation de principe ne peut générer qu’environ un microwatt de puissance, soit beaucoup moins que ce qu’offre la cellule photovoltaïque d’une calculatrice solaire. Pourtant, comme l’explique Christian Müller, cela peut encore se révéler utile: «J’imagine un capteur sélectif, et non un capteur continu, qui recueille l’énergie dans un condensateur et envoie des données par intermittence.»
Les fils thermoélectriques de Christian Müller peuvent être lavés au moins 15 fois, bien plus que les fils plaqués argent disponibles dans le commerce. Même les fils à base d’argent peuvent être rendus lavables, comme l’a démontré un chercheur invité, Byungil Hwang, de l’université de Chung-Ang, en Corée du Sud. Selon Christian Müller, c’est au travers de ce type de collaboration que la valeur du financement de l’UE est la plus tangible.
Dynamiser ce domaine émergent
«La subvention n’a pas servi qu’à payer du matériel, loin de là», fait-il remarquer. «Le financement du Conseil européen de la recherche nous a donné un formidable coup de pouce, ce qui a incité d’autres groupes à travailler avec nous ainsi qu’à mener leurs propres recherches.»
Cette activité, selon Christian Müller, a contribué à dynamiser le domaine des dispositifs thermoélectriques portables au cours des cinq dernières années: «Un grand nombre d’autres groupes ont repris l’idée. Il est important que ce ne soit pas seulement nous travaillant en vase clos, mais tout un domaine.»
Fruit du projet ThermoTex, l’équipe a produit 29 communiqués et 10 autres sont en cours de réalisation. Avec l’équipe de Mariano Campoy-Quiles de l’ICMAB-CSIC, en Espagne, ils ont également déposé un brevet pour un nouveau matériau qui peut passer d’un type de transporteur majoritaire à un autre lorsqu’il est éclairé par une lumière UV. Pour Christian Müller, c’est bien là le point culminant de la recherche: des personnes, des communiqués et des brevets.
>> Pour aller plus loin : https://www.chalmers.se/en/projects/Pages/Woven-and-3D-Printed-Thermoelectric-Textiles-QThermoTexQ.aspx
>> Source : Woven and 3D-Printed Thermoelectric Textiles - Résultat de la recherche de l'UE.