Convertir des variations d'humidité en mouvement

De nouveaux "moteurs à évaporation" basés sur les réactions de bactéries à l'humidité de l'air pourraient servir de mini-systèmes d'entraînement pour générer un mouvement ou de mini-générateurs pour produire de l'électricité. Ces moteurs démarrent et fonctionnent de manière autonome ; tout ce qu'il leur faut, ce sont des spores et de la vapeur d'eau.

Contrairement à la nature, les systèmes mécaniques n'utilisent que sporadiquement l'évaporation comme source d'énergie. Des chercheurs de l'université de Columbia à New York souhaitent à présent convertir des variations d'humidité de l'air en mouvement pour produire une énergie puisée dans l'environnement, comme l'explique Mechatronica & Machinebouw sur la base d'un article extrait de la revue Nature.

Une bactérie en action

Les scientifiques fondent leur système sur la bactérie Bacillus subtilis à l'état de spore, qui est un état "en sommeil" lui permettant de survivre dans des conditions défavorables. Ces spores se dilatent dans un environnement à haute humidité tandis qu'ils se rétractent lorsque l'humidité de l'air est réduite. Pour tirer parti de ce phénomène dans la production de mouvements utiles, les chercheurs ont appliqué une couche de ces spores sur une face d'une membrane en plastique. Suite à cette application, la membrane s'enroule en présence d'une faible humidité et s'étire en présence d'une forte humidité. Par la suite, en appliquant alternativement une fine couche sur une face puis sur l'autre face d'une membrane allongée, les chercheurs ont réussi à réaliser un "muscle artificiel" capable de se contracter en forme de S jusqu'à un quart de sa longueur.

Mouvement rotatif et linéaire

Les chercheurs ont ensuite mis au point une méthode pour extraire de l'énergie. Grâce aux réactions de ces muscles face aux variations d'humidité, ils ont pu réaliser des mouvements rotatifs et linéaires (à l'instar d'un piston).

Dans un premier projet, les muscles artificiels ont été placés dans un petit bac d'eau fermé et reliés à des mini-clapets dans le couvercle. Lorsque les clapets sont fermés, l'humidité de l'air augmente et les clapets s'ouvrent. De ce fait, l'humidité de l'air diminue à nouveau et les clapets se referment, après quoi le cycle peut recommencer au début.

Dans un autre projet, on a fixé des bandelettes à une roue. Lorsqu'on attache un morceau de papier buvard humide à une moitié de la roue, les bandelettes s'étirent et le moment augmente. En revanche, de l'autre côté de la roue, elles se rétractent et le moment diminue à nouveau. Ce cycle permet de faire tourner la roue.

Au cours d'une démonstration, les chercheurs ont fait rouler une voiturette en Lego (d'un poids de 0,1 kg) grâce à l'évaporation de l'eau qui se trouvait dans la voiturette. De même, un générateur qui se trouvait sur l'eau a pu produire suffisamment d'énergie pour allumer une diode LED.

De tels "moteurs à évaporation" pourraient servir à entraîner des capteurs et des petits actionneurs utilisés dans un environnement naturel.

Regardez les possibilités de ce nouveau concept dans la vidéo suivante : https://www.youtube.com/watch?v=d_VkSPV7d2I

Sirris étudie également les possibilités de production d'énergie biologique au sein du projet TETRA-IPEH, en partenariat avec la VUB. Cliquez ici pour obtenir plus de précisions à ce propos!

Contact Vrije Universiteit Brussel: An Braeken, professeur 'Vakgroep Industriële Ingenieurswetenschappen (INDI)', tél. +32 2 559 02 63

(Photo: Chen et al.)