Lampe de poche alimentée par la chaleur de la main

Imagine que tu es chez toi et qu’il y a une panne de courant. Tu es plongé dans le noir. Tu essaies d’allumer toutes les lampes de poche que tu trouves dans la maison, mais leurs piles sont déchargées! Ne serait-ce pas formidable d’avoir une lampe de poche que tu pourrais alimenter par la chaleur de ta main? 

Tu crois rêver? Eh bien non, c’est faisable! En 2013, une jeune scientifique canadienne a inventé cet objet fabuleux. Ann Makosinski avait 15 ans à l’époque! 

La chaleur du corps est une source d’énergie bien pratique. Alors, pourquoi ne s’en sert-on pas pour faire fonctionner une foule d’appareils? Après tout, c’est l’une des formes d’énergie les plus répandues. Malheureusement, il se trouve aussi qu’elle est très difficile à exploiter.

Qu’est-ce que l’énergie thermique?

La chaleur est une forme d’énergie associée au mouvement des atomes, des molécules et des autres particules. Tout ce qui a une température supérieure au zéro absolu (-273 °C) renferme de l’énergie. Et c’est le cas de pratiquement tout ce qui nous entoure! À mesure que la température augmente, les molécules se déplacent de plus en plus vite et produisent ainsi de l’énergie thermique. 

Les humains dégagent-ils de l’énergie thermique?

Les humains émettent (dégagent) environ 350 000 joules d’énergie thermique par heure. Cette énergie est un produit résiduaire de l’utilisation par notre corps des aliments que nous consommons. Un watt (1 W) équivaut à un joule par seconde (1 J/sec). Cela signifie que tu dégages presque assez d’énergie thermique pour alimenter une ampoule de 100 W qui resterait presque constamment allumée! 

En règle générale, la chaleur thermique que nous dégageons ne sert pas à grand-chose. Elle irradie simplement autour de nous. Mais imagine ce qui se passerait si nous pouvions capter cette énergie pour l’utiliser d’une façon quelconque. C’est ce qu’a fait Ann Makosinski en construisant une lampe de poche de sa conception alimentée par la chaleur de la main. 

Comment la chaleur est-elle transférée?

Pour simplifier, disons que la chaleur constitue un mode de transfert d’énergie entre un système et son environnement. Ce transfert se fait de trois façons : 

Qu’est-ce que la conduction?

La conduction est un mode de transfert thermique où la transmission de chaleur (flux thermique) se fait entre deux parties d’un matériau ou d’un objet ou encore entre deux matériaux ou objets qui sont en contact direct. 

L’énergie thermique des parties, des matériaux ou des objets chauds réchauffe les parties, les matériaux ou les objets froids avec lesquels ils entrent en contact. La température des deux parties, objets ou matériaux finira par être égale. L’énergie thermique circule toujours d’un corps chaud vers un corps plus froid.

Comment ce phénomène se produit-il? Les molécules qui se réchauffent vibrent (dans un mouvement de va-et-vient) plus rapidement. Cela signifie que les molécules à l’extrémité la plus chaude d’un objet vibrent plus rapidement que celles se trouvant à son extrémité la plus froide. Les molécules les plus rapides entrent en collision avec les plus lentes, ce qui amène ces dernières à vibrer plus rapidement et à se réchauffer.

As-tu déjà observé un forgeron au travail? Dans l’affirmative, tu l’as peut-être vu chauffer une tige de métal dans le feu. Sous l’effet de la conduction, l’énergie de l’extrémité chaude de la tige est transférée à son extrémité froide. Ce phénomène se poursuit jusqu’à ce que la température soit la même sur toute la longueur de la tige. On comprend pourquoi les forgerons portent des gants lorsqu’ils manipulent les tiges de métal! 

Le savais-tu? 

Les chefs cuisiniers préfèrent les cuillères de bois parce qu’elles ne sont pas conductrices de chaleur. Comme elles ne se réchauffent pas trop rapidement, ces cuillères ne leur brûlent pas les mains. 

Qu’est-ce que la puissance thermique?

On appelle « puissance thermique » la capacité d’un objet à produire de l’électricité à partir d’un flux thermique. Le courant électrique circule lorsque les électrons se déplacent dans une direction en traversant un conducteur. La plupart des métaux sont de bons conducteurs. Lorsqu’un conducteur se réchauffe, ses électrons commencent à se déplacer plus rapidement et à se disperser. Ils entrent alors en collision avec les électrons lents dans la partie froide du conducteur, si bien que ces derniers se réchauffent et se déplacent plus rapidement. Par conséquent, si l’on chauffe une extrémité d’un conducteur, les électrons finiront par transférer leur énergie dans l’ensemble du conducteur, de l’extrémité chaude à l’extrémité froide, ce qui produit un courant électrique. 

Le savais-tu? 

L’effet de la puissance thermique a été découvert en 1821, mais il a fallu attendre 1897 pour que l’on découvre les électrons. Et ce n’est qu’au milieu du 20e siècle que l’on a pleinement compris cet effet.

Comment Ann Makosinski a-t-elle fabriqué sa lampe de poche alimentée par la chaleur de la main?

Un circuit de conception ingénieuse maintient les électrons en mouvement aussi longtemps qu’il y a un flux thermique. Pour sa lampe de poche, l’inventrice a utilisé un dispositif appelé « tuile Peltier » afin de convertir le flux thermique en électricité. Cette tuile tire parti de l’effet Peltier.

La tuile Peltier se compose de deux tuiles de céramique superposées entre lesquelles sont disposés de petits morceaux de conducteur. C’est le principe du sandwich : les tuiles de céramique sont comme les deux tranches de pain, tandis que le conducteur est comme la viande entre les deux. Lorsqu’un côté de la tuile Peltier se réchauffe et que l’autre se refroidit, il y a production d’un courant électrique.

Le savais-tu? 

La plupart des refroidisseurs d’eau renferment des tuiles Peltier. 

Ann Makosinski a aussi eu recours à un transformateur pour augmenter la tension et à des ampoules DEL très efficaces pour exploiter au maximum le peu d’électricité qu’elle pouvait produire au moyen de la tuile Peltier.

Pourrais-tu utiliser la chaleur de ton corps pour alimenter tes appareils électroniques? 

Tu ne pourrais pas produire beaucoup d’électricité en exploitant le flux thermique qui transite de ton corps à l’air environnant. Mais ce serait suffisant pour alimenter un téléphone cellulaire ou divers types d’appareils électroniques portables. N’aimerais-tu pas vivre dans un monde où tu n’aurais plus jamais à recharger ton téléphone?

Le savais-tu? 

La dernière invention d’Ann Makosinski est une tasse appelée « eDrink » qui capte l’énergie thermique excédentaire d’une boisson chaude et la convertit en source d’énergie utilisable pour recharger un téléphone cellulaire!