Transformer la chaleur des appareils en électricité utile
Un groupe de chercheurs a récemment annoncé un progrès majeur dans le développement de matériaux capables de convertir la chaleur dissipée par les processeurs d’ordinateurs en une énergie électrique exploitable. Cette avancée a été publiée dans un article de recherche dans la revue spécialisée « ACS Applied Energy Materials ».
Ces matériaux sont constitués d’un mélange de silicium, de germanium et d’étain, pouvant être facilement intégrés lors de la construction des circuits électroniques dans les ordinateurs. Tous ces éléments appartiennent à la même famille chimique du tableau périodique, ce qui facilite leur intégration.
Exploiter l’excès de chaleur des appareils électroniques
Actuellement, le monde connaît une augmentation significative de l’utilisation des appareils électroniques dans la plupart des domaines de la vie, entraînant une perte considérable d’énergie sous forme de chaleur résiduelle. Des études indiquent qu’en Europe seulement, environ 1,2 exajoule de chaleur basse est perdue annuellement en raison de l’infrastructure technologique et des appareils, équivalant à la consommation d’énergie d’un pays entier comme l’Autriche.
Cependant, en raison des options technologiques limitées et de la faible efficacité thermodynamique, l’exploitation de la chaleur basse (généralement inférieure à 80 degrés Celsius) est limitée, en particulier dans les processeurs d’ordinateurs. De plus, les matériaux actuellement utilisés pour convertir la chaleur en électricité ne sont pas compatibles avec la technologie de fabrication des semi-conducteurs.
Le Dr. Dan Bocca du centre de recherche « Jülich » a expliqué que l’ajout d’étain au germanium réduit considérablement la conductivité thermique du matériau tout en préservant ses propriétés électriques, constituant ainsi un mélange idéal pour les applications thermiques électroniques.
Évolution positive dans le domaine
Cette avancée technologique contribue à réduire la nécessité d’utiliser un refroidissement externe et à limiter la consommation supplémentaire d’énergie. Par conséquent, les appareils électroniques deviennent plus durables et efficaces.
Les éléments thermoélectriques innovants fonctionnent sur la base de l’effet Seebeck, un phénomène qui se produit lorsque la différence de température dans un matériau génère une tension électrique. Ces éléments sont composés de matériaux thermoélectriques capables de convertir directement l’énergie thermique en énergie électrique ou vice versa.
Le Dr. Giovanni Capellini de l’Institut « Leibniz d’électronique innovante » souligne que leur recherche a évalué le facteur de conductivité thermique, un indicateur important pour évaluer les matériaux thermoélectriques, en utilisant plusieurs techniques expérimentales sur des échantillons de matériaux de différentes structures et épaisseurs. Cette démarche devrait avoir un impact majeur sur l’infrastructure des technologies de l’information durables (vertes).
Le centre de recherche « Jülich » et l’Institut « Leibniz d’électronique innovante » s’efforcent d’élargir leur collaboration et de progresser pour intégrer le quatrième élément du groupe chimique, le carbone, aux trois éléments existants, afin de créer un alliage aux performances supérieures. Les chercheurs visent à mettre au point un dispositif thermoélectrique pratique capable d’exploiter au mieux ces matériaux pour des résultats convaincants.
Ces matériaux devraient initialement alimenter les ordinateurs, mais avec le temps, ces alliages devraient être intégrés à la fabrication de tous les appareils électroniques connus.
Cette avancée technologique survient dans un contexte crucial où les températures mondiales augmentent chaque année, les appareils électroniques contribuant généralement à augmenter les niveaux de chaleur à domicile et à ajouter à la chaleur des villes.