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Moteur qui fonctionne avec l'énergie d'évaporation.L’évaporation est un phénomène omniprésent dans la nature, elle est un vecteur de transfert d’énergie prépondérant dans le climat de la terre.

Une équipe de l’Université Columbia à New-York et de l’Université Loyola à Chicago a créé un moteur utilisant des spores bactériennes réagissant aux différences d'humidité pour activer un muscle artificiel qui puise son énergie dans la chaleur du milieu environnant.

Ces dernières se gonflent en présence d'air humide puis se rétractent au contact de l’air sec. Ce mouvement rapide permet de produire de l’énergie cinétique qui peut être ensuite convertie en énergie électrique si nécessaire.

Une fois déposées sur des bandes plastiques souples, les spores permettent de faire fonctionner une mini-voiture d’un poids de 100 grammes grâce à un performant système de balancier. Sur l’image du haut, se trouvent les bandes plastiques recouvertes de spores bactériennes disposées sur deux faces en rangées décalées les unes par rapport aux autres. Elles forment des muscles artificiels entrainés par l’hygrométrie du milieu.

Les bandes se plissent ou se tendent lorsque le taux d’humidité varie grâce au récipient liquide placé dans la voiturette, et qui produit une gradient d'humidité sur le rotor. Le mouvement des bandes crée alors un déplacement du centre de masse, ce dernier génère alors couple qui permet de mettre en mouvement la voiture.

Spores bactériennes utilisées pour faire fonctionner le dispositif motorisé.
                 Figure 1: Spores bactériennes utilisées pour faire fonctionner le dispositif motorisé.

 

D'une point de vue énergétique c'est donc la chaleur ambiante qui fournit l'énergie latente d'évaporation, le transfert de masse qui en résulte conduit à une énergie potentielle gravifique qui est transformée en mouvement lors de la rotation du système.

Ces rubans qui constituent les muscles artificiels ont une épaisseur de 8µm et sont recouverts avec une couche de spore de 3µm appelés « Bacillus subtilis ».Ces spores (Figure 2a)  possèdent des cavités nanométriques qui peuvent se remplir d’eau lorsque l’humidité augmente et faire varier la pression intérieure. La figure 2b) est une image au microscope électronique (MEB) montrant la coupe d’une spore. Les spores bactériennes montrent une forte réponse mécanique lorsque l’humidité du milieu change, elle varie entre 30% et 80% et l’arc de courbure des rubans varie de 0.7mm à 2.8mm.

La figure 2c) est une image MEB des spores déposées sur le substrat plastique.  Les  figure d) et e) montrent les mouvements mécaniques résultant de variations du taux d’humidité auquel sont sujets les spores.  La figure f) montrent l’assemblage de  ruban optimisé pour avoir la meilleure cinétique d’hydratation/déshydratation.

Ce principe a aussi la capacité d’approvisionner un générateur qui alimente une lampe LED. Le système fonctionne de manière autonome lorsqu’il est placé sur une interface air-eau et tant que l’air n’est pas saturé en eau.

Mouvement de contraction et décontraction des spores bactériennes
                Figure 2: Mouvement de contraction et décontraction des spores bactériennes

 

Figure 3: Voiturette mue par le système de muscles artificiels.

 

Cette technologie est au stade expérimental pour l’instant mais elle est relativement bon marché et respectueuse de l’environnement. Dans le futur, les chercheurs souhaiteraient l’utiliser pour permettre d’articuler des prothèses, de charger des batteries, d’actionner des membres de robots ou encore de concevoir des habits qui auraient la propriété de réagir à la sueur. Vous pourriez produire de l’énergie en utilisant le sous-produit de votre jogging quotidien!

Auteur: Johanie Uccelli

Source: Extremebio.org
Vidéo:  Evaporation-powered devices in action

Pour plus d'informations: Scaling up nanoscale water-driven energy conversion into evaporation-driven engines and generators, Nature communications, 16 Juin 2015