2021-06-10
Convertir un rayonnement thermique en électricité : un cap franchi
Des équipes de chercheurs du Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon (CETHIL, CNRS / INSA de Lyon) et de l’Institut d'Électronique et des systèmes (IES, CNRS / Université de Montpellier) ont démontré la possibilité de convertir du rayonnement thermique issu d’une surface de température modérée (~450 °C) en puissance électrique avec un rendement supérieur à 10 %. En approchant la surface émettrice à faible distance de la cellule photovoltaïque infrarouge, une densité de puissance électrique mille fois plus élevée que celle des études précédentes a été obtenue.
La récupération de l’énergie du milieu ambiant est un défi scientifique clé pour développer la production d’énergie décarbonée, sans émission de gaz à effet de serre. La conversion photovoltaïque (PV), qui permet de récupérer la lumière visible et proche infrarouge émise par le soleil, est aujourd’hui bien connue. Il est aussi possible de récupérer le rayonnement thermique issu des surfaces chaudes, dans la gamme spectrale du moyen infrarouge : c’est ce qu’on appelle la conversion thermophotovoltaïque (TPV). Ce domaine est en plein essor depuis dix ans.
Des résultats récents ont démontré qu’il est possible d’atteindre un rendement de conversion de l’ordre de 30 % pour des cellules thermophotovoltaïques si la partie inefficace du rayonnement, qui ne peut pas être convertie, n’est pas absorbée. Malheureusement, cette amélioration du rendement n’augmente pas la densité de puissance électrique extraite, qui reste limitée à quelques kW/m2 par la loi de Planck, et requiert des températures d’émetteurs très élevées, supérieures à 1000 °C. En 2008, il a cependant été démontré expérimentalement que la puissance radiative échangée par deux corps distants de quelques centaines voire dizaines de nanomètres – on dit alors qu’ils sont « en champ proche » - peut surpasser la limite de Planck. Un effet tunnel de photons permet en effet de transférer alors une quantité de rayonnement bien plus importante.
