La Combinaison Sel-Glace Débloque une Méthode de Production d'Électricité Novatrice et Sans Déchets

Une avancée significative vient d'être réalisée par des scientifiques qui ont découvert comment produire de l'électricité sans générer de déchets en exploitant une simple combinaison de sel, de glace et d'une contrainte mécanique. Cette méthode ouvre des perspectives inédites pour la récupération d'énergie renouvelable dans les environnements gelés. Les chercheurs ont publié leurs travaux le 15 septembre dans la revue Nature Materials, décrivant comment des morceaux de glace saline, façonnés en cônes et contenant environ 25 pour cent de sel en poids, et de taille inférieure à un grain de poivre noir, peuvent générer un potentiel électrique d'approximativement 1 millivolt.

En mettant en réseau 2 000 de ces cônes, il devient théoriquement possible d'atteindre environ 2 volts, une tension suffisante pour alimenter une petite diode électroluminescente (LED) de couleur rouge. Ce phénomène repose sur l'effet flexoélectrique : un principe selon lequel un matériau solide génère une charge électrique lorsqu'il subit une déformation mécanique non uniforme. Bien que la glace pure présente une flexoélectricité faible, souvent associée à des phénomènes atmosphériques comme la foudre, l'introduction de sel, une impureté courante, transforme la glace en un générateur de courant électrique bien plus performant.

Le physicien Xin Wen et son équipe ont mené ces recherches en congelant de l'eau salée pour obtenir des formes coniques et cylindriques. Ils ont ensuite utilisé un appareillage sophistiqué pour plier ces structures de glace saline et mesurer précisément la charge électrique produite. Il est apparu que les formes coniques résistaient mieux aux contraintes mécaniques et produisaient des tensions plus élevées. De plus, les cônes de plus petite taille se sont révélés plus sensibles, offrant un rendement électrique accru sous contrainte. Ces réseaux de petits cônes représentent donc un potentiel certain pour amplifier la puissance récupérée à partir des structures de glace salée.

Le mécanisme fondamental implique des couches nanoscopiques de saumure liquide emprisonnées entre les grains de glace. Lorsque la structure est fléchie, des gradients de pression se forment, forçant cette saumure chargée à migrer des zones de compression vers les zones d'étirement. Le mouvement des ions positifs (cations) présents dans la saumure engendre un courant électrique de convection. Cet effet flexoélectrique par convection est considérablement amplifié par l'action du sel sur la microstructure de la glace : il réduit la taille des grains de glace, épaissit les canaux de saumure et modifie le comportement des molécules d'eau, ce qui améliore à la fois les propriétés diélectriques et le transport ionique.

Malgré un rendement électrique encore modeste, cette découverte ouvre la voie à l'utilisation de la glace saline comme source d'énergie renouvelable dans les climats froids, potentiellement pour alimenter des capteurs ou des dispositifs à faible consommation. Il convient de noter que la mise à l'échelle de cette technologie pour des applications courantes, comme la recharge d'un téléphone portable, demeure un défi colossal ; cela nécessiterait un bloc de glace salée de plusieurs dizaines, voire centaines, de mètres carrés. Les travaux actuels se concentrent sur l'amélioration de l'efficacité et la réduction de l'impact environnemental de ces systèmes de récupération d'énergie basés sur la glace.

En définitive, cette nouvelle compréhension de la flexoélectricité dans la glace naturellement salée ne fait pas qu'enrichir les solutions énergétiques durables potentielles. Elle apporte également un éclairage nouveau sur certains phénomènes géophysiques et pourrait guider les études menées sur les mondes glacés de notre système solaire, tels qu'Europe ou Encelade, dont les vastes surfaces sont recouvertes de glace saline.