Des aimants maintiennent le cylindre intérieur en place, l’empêchant de tourner jusqu’à ce qu’il atteigne le sommet d’une vague, où il peut être libéré pour créer un effet triboélectrique maximal.

Les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont mis au point un moyen inhabituel de récolter l’énergie des vagues, grâce à un cylindre roulant doucement conçu autour de l’effet triboélectrique qui provoque des décharges d’électricité statique lorsque vous marchez sur certains tapis.

L’équipe du PNNL a réalisé le prototype d’un nouveau « nanogénérateur triboélectrique cylindrique à fréquence multipliée » (FMC-TENG : frequency-multiplied cylindrical triboelectric nanogenerator), spécialement conçu pour tirer de l’énergie des vagues de basse fréquence en pleine mer. Il ne s’agit pas ici de dispositifs de l’ordre du mégawatt capables de fournir de l’énergie au réseau électrique ; l’équipe espère que ces machines constitueront un moyen pratique, léger et peu coûteux d’alimenter des plates-formes de surveillance en pleine mer, qui pourraient comprendre plusieurs capteurs et un système de communication par satellite.

L’effet triboélectrique (le préfixe tribo- faisant référence au frottement ou à la friction) n’est pas encore totalement compris. Nous savons tous qu’il existe, car il nous est arrivé d’attraper une poignée de porte et de recevoir une petite décharge d’électricité statique, et nous connaissons bien les matériaux qui s’associent pour créer les charges statiques les plus fortes.

L’idée actuelle est que cela se produit lorsque deux matériaux différents échangent des électrons au niveau moléculaire, créant ainsi une attraction électrostatique entre eux. Lorsque les deux matériaux sont frottés l’un contre l’autre, ils sont effectivement séparés avant que les électrons ne puissent retourner chez eux. Une charge est donc laissée derrière et la poignée de porte commence à vous regarder approcher avec une joie malveillante.

Le FMC-TENG utilise un design de cylindre dans un cylindre. L’extérieur du plus petit cylindre et l’intérieur du plus grand sont recouverts de fourrure artificielle et d’un matériau semblable au Téflon, l’éthylène-propylène fluoré (FEP), des matériaux sélectionnés pour leur effet triboélectrique optimal lorsqu’ils sont frottés ensemble. Le cylindre intérieur est libre de tourner, et lorsqu’il se déplace par rapport au cylindre extérieur, de l’électricité statique s’accumule et est collectée par des électrodes.

Le système de freinage magnétique prend les oscillations lentes des ondes et les transforme en oscillations plus rapides et plus fréquentes entre les deux cylindres, ce qui amplifie la puissance triboélectrique.

De tels TENG ont déjà été construits et utilisés, mais pour que celui-ci soit efficace dans des vagues plus lentes et plus uniformes, comme celles de la haute mer, l’équipe du PNNL a dû amplifier la production, en amplifiant le mouvement entre les deux cylindres. Pour ce faire, elle a freiné magnétiquement le mouvement du cylindre intérieur, l’empêchant de tourner jusqu’à ce qu’il atteigne la crête d’une vague. À ce moment-là, l’énergie potentielle étant maximale, l’aimant libère le cylindre et celui-ci revient en arrière beaucoup plus rapidement qu’il ne le ferait normalement. De cette façon, une seule vague lente peut être transformée en un certain nombre de rotations plus rapides entre les deux cylindres, maximisant ainsi l’effet triboélectrique.

Le résultat final est un TENG plus efficace, capable de générer plus d’énergie à partir de mouvements de vagues plus lents. « Le FMC-TENG est unique car il existe très peu de convertisseurs d’énergie des vagues qui soient efficaces et capables de générer une puissance significative à partir de vagues océaniques de basse fréquence », a déclaré Daniel Deng, membre du laboratoire du PNNL, co-auteur d’une étude publiée dans la revue Nano Energy. « Ce type de générateur pourrait potentiellement alimenter des bouées intégrées avec des réseaux de capteurs pour suivre les données sur l’eau en pleine mer, le vent et le climat, en utilisant entièrement l’énergie océanique renouvelable. »

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522004438

https://www.pnnl.gov/news-media/new-generator-rolls-ocean-energy