Du bois transformé en matériau solaire avancé : une avancée majeure pour l’énergie durable
La recherche en matériaux pour l’énergie s’oriente de plus en plus vers des solutions intégrées, capables d’assurer simultanément la capture, le stockage et la restitution de l’énergie. Dans ce contexte, une étude récente propose une approche originale fondée sur l’ingénierie du bois : le développement d’un composite à base de balsa modifié, capable de convertir efficacement le rayonnement solaire en chaleur, de stocker cette énergie et de la restituer sous forme thermique et électrique, même en l’absence d’ensoleillement.
Table des matières
Une équipe de chercheurs chinois a récemment franchi une étape importante dans le domaine des matériaux énergétiques en développant un nouveau type de composite à base de bois de balsa. Ce matériau est capable de capter l’énergie solaire, de la stocker sous forme de chaleur et de la convertir en électricité de manière efficace et durable. Cette innovation permet de s’affranchir de procédés coûteux et polluants, ouvrant la voie à des systèmes énergétiques plus propres et durables, potentiellement industrialisables à grande échelle.
Le balsa, une architecture anisotrope particulièrement intéressante
Le choix du bois de balsa s’explique par la structure intrinsèque de cette essence, qui présente un réseau de microcanaux alignés longitudinalement. Les chercheurs ont procédé à une délignification du bois, éliminant partiellement la lignine pour obtenir une matrice poreuse hautement anisotrope. Ce « squelette » cellulosique augmente significativement la porosité du matériau, créant ainsi un support idéal pour l’intégration de fonctions énergétiques.
Plusieurs composants ont été introduits dans cette matrice :
- Du phosphorène noir, un matériau semi-conducteur bidimensionnel avec une forte absorption sur un large spectre solaire.
- Une couche de complexes tannin-Fe³⁺ pour améliorer la stabilité chimique et l’adhésion aux interfaces.
- Des nanoparticules d’argent pour renforcer l’absorption lumineuse par des effets plasmoniques.
- Des chaînes alkyles greffées en surface, conférant un caractère superhydrophobe au matériau.
Les chercheurs ont ainsi obtenu un composite hybride alliant propriétés optiques, thermiques et de surface, avec une ingénierie d’interface garantissant la compatibilité entre phases organiques et inorganiques.
Des performances impressionnantes
Le matériau développé agit comme un composite à changement de phase (CPCM), capable d’absorber et de restituer de la chaleur via des transitions solide-liquide. La capacité de stockage thermique annoncée est d’environ 175 kJ·kg⁻¹, une valeur comparable aux matériaux à changement de phase conventionnels. De plus, une efficacité photothermique de l’ordre de 91 % a été mesurée, grâce à l’absorption à large bande et aux effets plasmoniques.
L’étude, publiée dans la revue Advanced Energy Materials, démontre également la possibilité d’un couplage avec un dispositif thermoélectrique, générant une tension électrique maximale de 0,65 V. Cette approche permet de prolonger la production d’énergie au-delà des périodes d’ensoleillement, tout en répondant aux contraintes environnementales habituelles des matériaux photothermiques.
Un matériau solaire plus propre et provenant d’une ressource renouvelable
Cette innovation se positionne en concurrence avec les matériaux photothermiques existants, souvent obtenus par carbonisation à haute température. En évitant ce procédé, cette nouvelle approche réduit l’énergie nécessaire à la fabrication tout en utilisant une ressource renouvelable et abondante. Elle s’inscrit dans une logique de développement de matériaux énergétiques plus durables.
Bien que les résultats soient prometteurs, des défis subsistent avant une éventuelle industrialisation, notamment la stabilité à long terme de certains composants. Toutefois, cette approche ouvre des perspectives intéressantes pour le développement de matériaux intégrés, adaptés à divers systèmes solaires hybrides et dispositifs autonomes de faible puissance.
Source : Techniques de l’Ingénieur
