Fini les batteries : ces capteurs puisent leur énergie dans l’air ambiant

Des villes intelligentes, des infrastructures plus efficaces, des transports optimisés, des réseaux d’énergie plus fiables, des services publics mieux coordonnés… derrière toutes ces avancées se cache souvent une technologie clé : l’Internet des objets, ou IoT.

Cette technologie désigne un réseau d’objets connectés à Internet et entre eux, dans l’objectif d’échanger des données et de faciliter l’automatisation. Le grand système se compose principalement d’un processeur qui analyse les données, un cloud où ces données sont envoyées, et surtout des capteurs (température, mouvement, pression, etc.).

L’IoT est un pilier incontournable du numérique, et son rôle ne fera que croître dans les années à venir. On imagine déjà un futur où des capteurs suivront l’état des infrastructures, optimiseront les cultures agricoles et sécuriseront les bâtiments.

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Cette révolution repose cependant sur une alimentation fiable et durable pour ces fameux objets. Et c’est sur ce point qu’une avancée a été réalisée. Pour la première fois, des chercheurs des universités de l’Arkansas et du Michigan ont réussi à alimenter des capteurs de température ultra-basse consommation grâce à des cellules solaires en graphène. Vous comprendrez pourquoi ce matériau a été privilégié malgré son très faible rendement énergétique par rapport aux semi-conducteurs connus comme le silicium ou la pérovskite.

Puiser l’énergie dans toutes les formes d’énergie ambiante

Le graphène est un matériau constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés en forme de réseau hexagonal. Parmi ses nombreuses propriétés, il possède un potentiel photovoltaïque, même si son rendement n’est que d’environ 2,3 %. En comparaison, le silicium affiche une efficacité dépassant les 20 %. Un rendement certes faible, mais suffisant si l’on tient compte des autres caractéristiques du graphène.

En effet, ce matériau est extrêmement sensible à son environnement. La moindre variation de lumière, de chaleur, de vibration ou de rayonnement modifie immédiatement son état électronique. Cette sensibilité lui permet ainsi de transformer une faible énergie en courant utilisable.

L’objectif des scientifiques dans cette étude était donc créer un système capable de s’alimenter non seulement par la lumière solaire, mais aussi par toutes les formes d’énergie ambiante : thermique, cinétique, acoustique et énergie de rayonnement.

Le capteur devient ainsi totalement autonome, sans nécessiter de batterie. À la place, le système intègre des supercondensateurs, des systèmes de stockage bien plus durables dans le temps.

Mais pour que cela fonctionne, il a fallu réduire drastiquement la consommation d’énergie du capteur, de l’ordre du nanowatt (soit un milliardième de watt). Cela signifie que l’application avec le graphène n’est pas compatible avec de plus gros appareils.

Un système conçu pour les applications de l’IoT

Grâce aux cellules solaires en graphène et aux supercondensateurs, ces capteurs peuvent être déployés dans des zones difficiles d’accès et dans des lieux où le remplacement fréquent des batteries serait trop coûteux. Cela les rend particulièrement adaptés à l’Internet des objets.

Selon les chercheurs, leurs capteurs pourraient ainsi être utilisés pour surveiller la température, l’humidité, les vibrations ou la qualité de l’air dans des environnements isolés, comme les infrastructures industrielles, les réseaux électriques, les bâtiments intelligents ou même les zones naturelles. Dans le domaine agricole, ils pourraient suivre l’état des cultures ou du sol sans avoir besoin d’entretien. Dans les villes intelligentes, ils serviraient à optimiser la consommation d’énergie, gérer la circulation ou surveiller les transports publics.