Récuperer l'energie thermique de l’environnement à l'aide d'un générateur thermoélectrique polymère pour alimenter un capteur autonome – Harvesters

Au cours de la dernière décennie, les objets électroniques tels que les dispositifs d’affichage ou de communication se sont répandus de manière spectaculaire dans nos sociétés. Ces technologies se sont adaptées à notre style de vie nomade et la tendance actuelle dans notre environnement quotidien consiste à connecter ces objets à internet. Ce marché est en forte croissance et il est attendu que le réseau de communication et de l'Internet des Objets autorisera des trillions de connexions dans les années à venir. L’alimentation énergétique dans les dispositifs mobiles de communication est principalement assurée par une batterie qui nécessite d’être rechargée à des points précis reliés au réseau électrique.
Les cellules photovoltaïques apparaissent comme des sources d’alimentation intéressantes permettant de recharger des batteries ou d’alimenter des objets connectés comme un téléphone ou un capteur. Cependant ces dispositifs ne fonctionnent pas la nuit et ont une efficacité limitées dans des conditions d’irradiation faible (intérieur des bâtiments ou des véhicules). Au contraire, l’énergie thermique est disponible partout et à n’importe quel moment. La perte en chaleur dans les secteurs industriel, du transport ou résidentiel peut être considérée comme une source massive et inutilisée d’énergie. En effet il a été établi que 72% de l’apport énergétique global (consommé par les convertisseurs primaires) est perdu sous forme de chaleur et que 63% de cette perte correspond à des températures inférieures à 100°C.
La percée attendue du projet est la création d'une technologie, à base de matériaux abondants et non-toxiques, capable de produire de l'électricité à partir de sources de chaleur à basse température (< 200°C) (fluides chauds, appareils électriques chauffant par effet Joule, ou même le corps humain, etc...). La technologie ciblée permettra de charger une batterie, pour alimenter un appareil de communication.
L'objectif principal du projet "Harversters" est de développer des matériaux thermoélectriques organiques imprimables efficaces à basse température (inférieure à 200°C) et de développer les techniques d'impression nécessaires pour fabriquer un générateur thermoélectrique flexible. Le générateur sera connecté à un dispositif de stockage d'énergie piloté par une puce de gestion d'alimentation afin de stocker et libérer au besoin l’énergie collectée. Le but ultime du projet est d'alimenter de manière autonome un capteur et d'envoyer ses informations par connexion sans fil au réseau.
Harvesters comprend 3 laboratoires académiques (CEA-Liten, CEA-INAC, CNRS) et une PME (ID3 Technologies) qui rassemblent toutes les compétences et le savoir-faire nécessaire pour relever ce défi, allant de la chimie à la science des matériaux en passant par la physique et l’électronique. Le Liten, coordinateur du projet a récemment démontré des résultats préliminaires sur les matériaux thermoélectriques au-delà de l'état de l'art. L’INAC a une expérience reconnue dans le développement de matériaux semi-conducteurs et leurs caractérisations avancées. L’IEMN est expert en physique et en nano-caractérisation des semi-conducteurs. ID3 Technologies est une PME qui possède une forte expertise dans les systèmes RFID et la biométrie. Cette société apportera son savoir-faire dans la conception de dispositifs électroniques autonomes en mettant en œuvre la technologie développée dans le projet "Harversters" pour développer un prototype industriel « preuve de concept ». "Harversters" est un projet multidisciplinaire rassemblant les compétences de chimistes, de physiciens, d’ingénieurs et de technologues pour produire une percée technologique dans le domaine de l’énergie. Il permettra de trouver des solutions innovantes pour alimenter des objets électroniques de manière autonome. Ce projet pourrait donner une position de leader au consortium dans le domaine des générateurs thermoélectriques imprimés pour le marché à croissance rapide des objets connectés.