2015

Conversion de chaleur en énergie électrique : un pas de géant pour les oxydes

Une étude italo-suisse publiée dans Nature Communications révèle comment certains matériaux artificiels composés de divers oxydes parviennent à convertir de la chaleur en énergie électrique avec une efficience encore jamais observée. Ce travail mis au jour par les chercheurs des Universités de Gênes et de Genève, en collaboration avec les instituts Spin et Iom du Centre National de la Recherche italien (Cnr) ouvre la voie vers l’utilisation de la thermoélectricité à grande échelle.

Conversion de chaleur en énergie électrique : un pas de géant pour les oxydes

Cette étude internationale dévoile la capacité qu’ont certains oxydes artificiels à exploiter d’une façon encore jamais révélée l’effet thermoélectrique, à savoir la propriété qui permet à un matériau de convertir la chaleur en énergie électrique.

Bien que l’on puisse observer cet effet dans quasiment tous les matériaux, son efficacité est toutefois relativement faible et aujourd’hui seuls 10% de l’énergie dispersée en chaleur peut être récupérée. L’étude démontre qu’en développant les propriétés des matériaux à l’échelle nanométrique, on obtient des valeurs record de thermoélectricité à basse température.

Jusqu’aujourd’hui la rareté des matériaux à fort coefficient de conversion énergétique en a limité l’utilisation à certains secteurs spécifiques (comme les sondes spatiales ou certains petits frigos utilisés dans les caves à vin). A l’avenir, le fait de disposer d’une nouvelle classe de matériaux hautement performants et économiques pourrait étendre de façon significative son utilisation dans l’industrie, en améliorant par exemple la performance des processeurs d’ordinateurs et les moteurs des voitures.

Cette recherche a révélé le grand potentiel des oxydes, car outre le fait qu’ils supportent de très hautes températures et ne sont pas toxiques, ils présentent un coefficient élevé de conversion énergétique. « Les mesures réalisées à basse température sur l’interface entre les deux oxydes isolants LaAlO3 et SrTiO3 dévoilent des valeurs de thermoélectricité géantes », explique Jean-Marc Triscone, professeur au Département de Physique de la Matière Quantique de l'Université de Genève, dont le groupe est connu pour ses travaux sur l'interface entre ces oxydes. Denver Li, Stefano Gariglio et Alexandre Fête ont été fortement impliqués dans cette recherche.

Cette étude coordonnée par Daniele Marré (Université de Gênes et Cnr-Spin) a eu d’importantes retombées sur la compréhension des propriétés physiques de ces matériaux: les chercheurs ont observé d’une façon surprenante la présence d’électrons piégés dans le matériau. Ces états électroniques ont été longtemps recherchés dans ces systèmes artificiels par d'autres techniques, sans succès. Ces résultats novateurs ont trouvé une interprétation grâce au modèle théorique développé par l’équipe d’Alessio Filippetti du Cnr-Iom de Cagliari.

Le défi à l’avenir sera d’optimiser les propriétés de ces matériaux de façon à réaliser des structures artificielles dotées de coefficients thermoélectriques élevés à température ambiante, voire à haute température.

Contact :

Pour obtenir de plus amples informations, n’hésitez pas à contacter le Prof. Jean-Marc Triscone (Tél. ++41 22 379 62 18).

Référence :

Giant oscillating thermopower at oxide interfaces, I. Pallecchi, F. Telesio, D. Li, A. Fête, S. Gariglio, J.-M. Triscone, A. Filippetti, P. Delugas, V. Fiorentini, D. Marré, Nature Communications, 6, 6678, 2015. DOI

21 avril 2015
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