Conversion des vibrations en électricité

Le professeur UENO Toshiyuki de l'Université de Kanazawa a conçu un générateur de petite taille qui produit de l'électricité à partir de vibrations. Selon le chercheur, sa densité de puissance, de 22 mW/cm3, est vingt fois supérieure à celle des générateurs de ce type développés jusqu'à présent.

Le principe de fonctionnement du dispositif repose sur la propriété de magnétostriction inverse. La magnétostriction est la capacité d'un matériau à se déformer sous l'effet de la variation d'un champ magnétique. Inversement, une déformation du matériau modifie sa susceptibilité magnétique (c'est-à-dire capacité à s'aimanter) et donc le champ magnétique dans lequel il se trouve. Le professeur UENO utilise du galfenol, un alliage de fer et de gallium développé par la marine américaine pour améliorer la sensibilité des sonars, et qui possède cette propriété.

L'appareil développé par le chercheur mesure 2 mm x 3 mm x 12 mm. Il est constitué d'un aimant et de deux bâtonnets parallèles de galfenol, autour desquels est enroulée une bobine de fil conducteur. Une extrémité des deux bâtonnets est fixe, l'autre est attachée à un poids mobile. Lorsque le poids oscille, il exerce alternativement une pression sur un des bâtonnets et une tension sur l'autre, entraînant leur déformation. La variation du champ magnétique qui en résulte induit un courant électrique dans la bobine. Dans les conditions de l'expérience, le professeur a ainsi réussi à obtenir une puissance maximale de 1,56 mW pour une fréquence de vibration de 357 Hz.

Le professeur a choisi d'utiliser le galfenol, une première pour ce genre d'application, du fait de sa ductilité, qui le rend facile à usiner. De plus, sa température de Curie (température au-delà de laquelle il perd son aimantation spontanée) élevée (700°C) permet un fonctionnement dans un grand intervalle de température (-200°C à +200°C). Le dispositif peut donc être utilisé dans des environnements qui subissent de fortes variations de température. Il est ainsi envisageable de l'utiliser par exemple pour alimenter les capteurs de pression à l'intérieur des pneus.

Un brevet unique pour l'Europe ?

La Commission européenne vient de présenter une proposition de façon à créer un brevet unique pour les Etats membres. Pour l’heure, les coûts de validation et de traduction des brevets handicapent considérablement l’Europe par rapport aux Etats-Unis.

La proposition de la Commission européenne permettrait aux Etats membres qui le souhaitent de déposer un brevet avec une seule demande, valable dans tous les pays. Les coûts très importants qu’entraînent actuellement les validations nationales puis les traductions des brevets ont un effet dissuasif sur la recherche européenne.

En effet, pour valider un brevet, l’inventeur doit demander la validation de chaque pays où il souhaite le voir protégé et pour que cette demande soit étudiée, il faut bien entendu que le brevet soit traduit. Un investissement très important que ne peuvent se permettre de réaliser la majorité des concepteurs. A titre d’exemple, à l’heure actuelle, pour valider un brevet européen auprès de 13 Etats membres de l’UE, il faut envisager 18.000 euros dont 10.000 de traduction. Précisément 10 fois plus qu’aux Etats-Unis où un dépôt de brevet revient à 1.850 euros.

La Commission cherche donc à faire avancer ce projet de brevet européen qui ne fait pas l’unanimité. Les problèmes rencontrés concernent notamment les exigences linguistiques de ce brevet. A priori, les brevets examinés pourraient être validés en anglais, en français et en allemand. Pour les inventeurs ne parlant aucune de ces trois langues, les frais de traduction (dans la langue de leur choix) seraient remboursés.

A l'heure actuelle, "seules les riches entreprises peuvent se payer ce luxe", a déclaré Michel Barnier. Le Commissaire européen au Marché intérieur poursuit : "La Commission propose que certains Etats membres puissent avancer sur le brevet unique, et j'espère qu'à terme, tous les Etats membres adhéreront à ce nouveau système. Quoi qu'il en soit, les entreprises ne seront pas discriminées : elles pourront demander un brevet de l'UE aux mêmes conditions, quel que soit leur pays d'origine”, rapporte le site Goodplanet.

Pour le moment, douze Etats membres sont impliqués dans ce projet : le Danemark, l’Estonie, la Finlande, la France, l’Allemagne, la Lituanie, le Luxembourg, les Pays-Bas, la Pologne, la Slovénie, la Suède et le Royaume-Uni. Avec le texte sur le brevet unique, la coopération renforcée est mise en place pour la deuxième fois. Ce système permet à neuf Etats membres ou plus de prendre des dispositions tout en laissant la possibilité aux autres Etats de les rejoindre plus tard.

MESURES SENSORIELLES : ALPHA M.O.S SE POSITIONNE SUR L’ENVIRONNEMENT

Bien implantée dans le secteur de l’agroalimentaire, la société Alpha M.O.S, spécialisée dans les instruments intelligents de mesures sensorielles (nez, langue et œil électroniques), oriente ses applications vers l’environnement, notamment avec le lancement de la « Solution RQ Box Anywhere » (nez électronique pour le contrôle continu des émissions d’odeurs et de polluants gazeux).

Avec l’ambition de se positionner sur le marché de l’environnement, Alpha M.O.S lance la « Solution RQ Box Anywhere » (nez électronique pour le contrôle continu des émissions d’odeurs et de polluants gazeux). La société vient également de signer un contrat majeur en Chine pour l’installation du premier réseau « cleantech » d’analyse en ligne des odeurs et des toxiques industriels.

De l’agroalimentaire à la défense 

Créée en 1993 sur le développement d’instruments intelligents de mesures sensorielles, la société réalise la moitié de son chiffre d’affaires dans le secteur de l’agroalimentaire. Sa dernière innovation, de l’« Iris Visual Analyzer » (le 1er oeil électronique au monde), est d’ailleurs dédiée à l’analyse visuelle et sensorielle de produits agroalimentaires complexes. Mais Alpha M.O.S est également présent sur les marchés de la parfumerie et cosmétique, du secteur pharmaceutique (goût des médicaments) ou encore de la sécurité et de la défense (gaz de combat par exemple). « Pour tous les domaines d’application, le même logiciel est utilisé. Chaque secteur nécessite seulement une phase des d’apprentissage de ses caractéristiques propres  » explique Jean-Claude Mifsud, PDG fondateur d’Alpha M.O.S.

Un positionnement sur le marché de l’environnement 

Pour l’avenir, la société souhaite se positionner fortement sur le marché de l’environnement. Au dernier salon Pollutec, début décembre à Lyon, Alpha M.O.S présentait la « Solution RQ Box Anywhere », basée sur la technologie de nez électronique pour le contrôle continu des émissions d¹odeurs et de polluants gazeux. « L’environnement constitue notre grand axe de développement stratégique. Tiré notamment par la demande des pays émergents en matière de contrôle de la qualité de l’air, ce secteur est voué à supplanter celui de l’agroalimentaire dans notre chiffre d’affaires » annonce Jean-Christophe Mifsud.

Trois filiales à l’étranger 

Parallèlement, Alpha M.O.S poursuit son développement à l’international. Forte de 3 filiales à l’étranger (Etats-Unis, Chine et Japon), avec laboratoire, équipes de vente et support, la société réalise seulement 10 % de son chiffre d’affaires en France. « Nous sommes actuellement engagés, aux Etats-Unis, dans une collaboration avec les autorités pour le contrôle des produits marins après les pollutions issues de la marée noire dans le Golfe du Mexique. Pour l’instant, le montant des contrats passés avec les différents États s’élève à plus d’un million d’euros. Et ça va continuer » indique Jean-Christophe Mifsud.

Vers la normalisation des perceptions sensorielles 

Autre chantier : celui de la normalisation. « Aujourd’hui, il n’existe pas de normes autour des perceptions sensorielles. Comment définit-on ce qu’est un bon café, par exemple ?  » interroge le PDG d’Alpha M.O.S. « Alors que chaque société développe ses propres outils, des efforts sont actuellement réalisés pour standardiser ces perceptions. Ce processus est plutôt avancé dans le secteur des céréales notamment. Au niveau européen aussi, les choses commencent à avancer ».

L'avenir passe par les TIC quelque soit le secteur industriel

En 2032, les technologies de l'information et de la communication auront investi les produits et services proposés à la consommation. Une opportunité financière qui attirera de nouveaux acteurs industriels.

Les technologies de l'information et de la communication seront intégrées à presque tous les produits d'ici... 2032. C'est la date fixée par Detecon International pour imaginer à quoi ressemblera le monde dans un futur un peu plus lointain que celui envisagé par la plupart des instituts de recherche habituellement. Selon les analystes, cela ne fait aucun doute : le secteur high-tech représentera à ce moment là la colonne vertébrale de l'économie et de l'industrie. Et ce, quelque soit les domaines. Les transports, l'énergie, l'habitat, le secteur médical ou encore les produits du quotidien changeront radicalement. Les auteurs de l'étude précisent toutefois que cela se fera de façon hétérogène, selon les zones géographiques.

De nouveaux acteurs sur le marché des télécommunications

Les spécialistes estiment ainsi qu'une forte demande en terme d'innovation devrait se faire ressentir du côté de l'Asie tandis que la production technologique trouvera ses marques vers l'Est. Parallèlement à cette accélération du développement de l'industrie des TIC, deux bouleversements majeurs modifieront en profondeur le paysage du secteur des télécommunications en 2032. La première : "la désintégration verticale de l'industrie des télécommunications, particulièrement dans les systèmes d'infrastructures et le développement de services", expliquent les spécialistes. En d'autres termes, "les entreprises seront en compétition avec des acteurs non traditionnels", peut-on lire dans l'étude.

Services dans les nuages et infrastructures au premier plan

Des adversaires spécialisés "dans différentes parties de la chaîne de production des télécommunications", et qui leur imposeront de reconsidérer leur propre business. La seconde : "l'intégration horizontale de nouvelles valeurs industrielles". Pour ce faire, les services proposés par les opérateurs vont tendre vers ceux d'autres industries. Ce qui devrait d'un côté attirer d'autres clients mais aussi imposer aux entreprises de travailler avec des fournisseurs partenaires, habituellement non sollicités. 

Et les analystes de conclure : "l'avenir appartient aux sociétés technologiques qui auront choisi une intégration horizontale tournée vers le développement de services dans les nuages et de leurs infrastructures".

Capter l'énergie solaire dans l'espace et l'acheminer sur Terre

L'énergie du Soleil captée par des satellites dans l'espace pourrait, nuit et jour, fournir de l'électricité à des installations au sol, selon des projets comme celui de la firme Astrium, qui pourraient commencer à voir le jour à partir de 2020.

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Il ne s'agirait pas, au moins dans un premier temps, d'alimenter des villes qui disposent déjà d'infrastructures, mais des régions isolées, d'accès difficiles où on a besoin d'électricité, explique Robert Lainé, directeur technique d'Astrium, filiale espace du groupe européen EADS.

Cela pourrait permettre de fournir ponctuellement de l'électricité à une zone de catastrophe, un hôpital de campagne, une installation de pompage, de purification ou de désalinisation d'eau, a-t-il précisé lors d'une récente conférence à Paris.

Alimenter des grandes villes, "ça ne se produira pas avant qu'il n'y ait plus de pétrole", a-t-il déclaré à l'AFP.

"On pense que le plus simple, c'est de commencer avec un satellite existant, puis de l'adapter", note M. Lainé. La première démonstration pourrait s'appuyer sur les capacités du futur satellite de télécommunication Alphasat, avec l'objectif d'acheminer au sol, grâce à un laser infrarouge, quelques kilowatts d'énergie produite dans l'espace.

"Si on trouvait un financement demain, six ou sept ans c'est tout à fait raisonnable" pour aboutir à une démonstration, précise cet expert, alors qu'au delà de partenariats européens, Astrium envisage de s'associer avec Russes et Japonais pour mettre en place cette nouvelle filière technologique.

Lors de l'étape suivante, au cours de la décennie 2020-2030, plusieurs satellites, capables de fournir jusqu'à 100 kW chacun, pourraient faire converger leurs faisceau Alors qu'aux Etats-Unis des projets de grande ampleur sont envisagés, Astrium, qui recherche des partenaires, table plutôt sur un développement progressif, avec une première démonstration d'ici 2020, voire dès 2016.

"En cas de situation d'urgence, de besoin d'électricité, on bascule le faisceau facilement, on peut le faire en une minute", assure M. Lainé.

Grâce à un miroir de 3,5 mètre de diamètre, comme celui du télescope scientifique Herschel, le satellite pointera vers la Terre un rayon laser infrarouge de 20 mètres de large en ciblant des panneaux solaires de 30 m sur 30 placés au sol, selon le projet d'Astrium. La puissance reçue sur chaque panneau pourrait atteindre 300 kW, de quoi alimenter des dizaines de foyers.

Des cellules photoélectriques adaptées par Astrium pour l'infrarouge permettraient de convertir jusqu'à 60% de l'énergie reçue en électricité, au lieu de 15% avec les panneaux solaires actuels captant la lumière blanche du soleil.

La longueur d'onde supérieure à 1,4 micron choisie pour le laser devrait permettre d'acheminer sans risque 1 kW par mètre carré sur le récepteur. Une personne regardant brièvement dans le faisceau "va avoir chaud à la figure, aux yeux, mais il n'y a pas de pénétration dans la peau" ni de risque de brûler la rétine, assure M. Lainé.

A ces fréquences-là, les valeurs limites d'exposition sont élevées parce que "le rayonnement infrarouge est très peu pénétrant", précise un expert de l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS).

Et avec 1 kW par mètre carré, le laser ne se transformera pas en arme de guerre. Pointé sur une forêt, "le laser n'y mettrait jamais le feu", souligne M. Lainé, car le flux d'énergie serait voisin de ce qu'on reçoit du soleil au zénith.

Transmettre l'énergie via un faisceau micro-onde, comme l'envisagent d'autres projets pourraient susciter davantage de réticences, comme dans le cas des antennes de téléphonie mobile, et nécessiterait des récepteurs jusqu'à mille fois plus grands.

DEUX SOURCES D’ÉNERGIE, UN SEUL DISPOSITIF DE RÉCOLTE

Prototype d'un générateur d'énergie à partir de la chaleur du corps ou de la lumière ambiante.

Fujitsu a développé un générateur hybride d’électricité capable de récolter l’énergie à la fois dans la chaleur et dans la lumière. Une innovation prometteuse pour les applications de capteurs médicaux et de surveillence de l'environnement.

La récolte de petites quantités d’énergie dispersée dans l’environnement (Energy harvesting en anglais) suscite un grand développement, partout dans le monde. Les travaux de Fujitsu Laboratories, au Japon, font avancer les recherches sur le sujet. Ses chercheurs ont en effet mis au point un générateur d'électricité hybride capable de récolter l’énergie à la fois dans la chaleur et dans la lumière. Avec un seul dispositif, il devient ainsi possible de tirer de l'énergie à partir de deux sources distinctes, qui auparavant nécessitaient la combinaison de deux dispositifs individuels.

En réduisant le coût, cette technologie hybride ouvre la voie à l'utilisation généralisée de dispositifs de récolte d’énergie. En supprimant le besoin de câblage électrique ou de remplacement de la batterie, elle a un grand potentiel pour alimenter des réseaux de capteurs médicaux et des détecteurs dans des applications difficiles d’accès ou éloignées des prises électriques.

Les détails de cette technologie ont été présentés lors de la conférence IEDM 2010 (InternationalElectron Devices Meeting), l’événement sur les recherches en électricité, qui s’est déroulé à San Franciso (Etats-Unis), du 06 au 08 décembre 2010.

Récupérer les petites quantités d'énergie 
L'énergie récoltée dans la lumière ambiante, les vibrations, la chaleur, les ondes radio, etc. est infime par rapport à ce qui est disponible à partir de centrales électriques ou de batteries. D’où l’intérêt d’exploiter plusieurs sources simultanément, par exemple la lumière et la chaleur, ou la lumière et les vibrations - afin de recueillir une quantité suffisante d’électricité pour une utilisation pratique. Jusqu’ici, ce besoin était rempli en combinant différents types de dispositifs. Une solution pénalisante en termes de coût et d’encombrement.

Le prototype développé par Fujitsu Laboratories combine deux procédés de conversion énergétique : un mode photovoltaique pour la conversion de la lumière en électricité et un mode thermodynamique pour la conversion de la chaleur en électricité. Mais il s’appuie sur un dispositif semiconducteur commun qui, grâce à un circuit électronique, fonctionne sur l’un ou l’autre des deux modes. Le semiconducteur en question utilise un matériau organique spécialement développé pour l’occasion et qui offre l’avantage d’être bon marché.

Cette technologie peut se décliner bracelet médical pour le contrôle de conditions physiologique telles que la température corporelle, la pression artérielle ou le ryhtme cardiaque, et ceci sans batterie, ni câblage électrique. Le dispositif utiliserait la chaleur du corps, la lumière ambiante ou les deux à la fois pour subvenir aux besoins en courant du capteur. Autres applications potentielles : la détection environnementale dans les zones isolées pour les prévisions météorologiques, où il serait difficile de remplacer les piles ou de tirer des lignes électriques.

Fujitsu Laboratoires poursuit le développement de cette technologie afin d’en augmenter les performances et d’en améliorer la fiabilité. Objectif : la commercialisation à l’horizon de 2015.

Ridha Loukil

Invention d'un caoutchouc résistant aux températures extrêmes

Le caoutchouc a la particularité de reprendre sa forme initiale après avoir subi une déformation. C'est également le cas des boules Quiès par exemple qui s'adaptent à la forme des oreilles, et retrouvent leur forme quand on les enlève. Ces substances sont dites "visco-élastiques". Seulement ces matériaux ont un défaut: ils cassent lorsqu'ils sont exposés à une très bassetempérature, et se décomposent lorsqu'ils sont exposés à une très haute température.

Ce problème vient d'être résolu par des chercheurs japonais en science des matériaux. Ils viennent en effet de mettre au point un caoutchouc capable de résister à des températures extrèmes (entre -196 et 1 000°C) sans subir de modification. Cette découverte a été publiée dans la revue Science.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont créé des nanotubes de carbone en déposant descatalyseurs métalliques sur du silicium. En règle générale, de tels nanotubes prennent une forme droite, mais la densité des tubes a ici été réduite afin de générer un enchevêtrement de tubes. Ces nanotubes à double et à triple parois sont ainsi interconnectés entre eux, de manière totalement aléatoire. Leréseau de nanotubes obtenu compose le matériau résultant, baptisé CNT.

L'utilité d'un tel matériau peut être imaginé dans divers domaines, comme le textile ou l'aéronautique.

Pour plus d'informations voir la publication, dans Science, 3 décembre 2010 "Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from –196° to 1000°C" http://www.sciencemag.org/content/330/6 ... 4.abstract