Épisode 2 de "l'arbre comme source d’inspiration : le biomimétisme" : feuilles et panneaux solaires...
Peut-on vraiment utiliser les feuilles comme des panneaux solaires ? Et d’abord, quel rapport pourrait-on bien faire entre des feuilles et des panneaux solaires, qui sont si différents ?
Bien souvent, les feuilles possèdent une texture et une forme qui permettent de maximiser l’exposition à la lumière.
Il existe différents panneaux solaires qui s'inspirent de la forme, du pigment et de la texture de la feuille.
Pour rappel :
La photosynthèse
Pour rappel, la photosynthèse est un mécanisme que l’on retrouve chez les arbres. Elle consiste à transformer l’énergie lumineuse en énergie chimique.
Elle est essentielle à la survie des plantes mais aussi à celle de tous les écosystèmes présents sur la Terre. Elle joue un rôle primordial dans le cycle du carbone en absorbant le dioxyde de carbone et en libérant l’oxygène qui nous est vital.
Les panneaux solaires
Les panneaux solaires, aussi appelés modules photovoltaïques, sont des dispositifs qui transforment directement la lumière du soleil en électricité.
Ils se composent de cellules photovoltaïques qui captent des photons de lumière solaire, générant ainsi un courant électrique continu.
Les panneaux solaires texturés
En utilisant des techniques de nanostructuration de surface, on peut recréer la texture rugueuse de la feuille sur les panneaux solaires. Cette texture augmente la réflexion interne de la lumière, permettant une meilleure absorption de la lumière par les cellules photovoltaïques, tout en différenciant ces panneaux solaires des modèles traditionnels
La réflexion interne de la feuille ?
Lorsque la lumière du soleil touche un panneau solaire texturé, elle est réfléchie plusieurs fois dans les microstructures de la surface, ce qui augmente le parcours de la lumière à travers le panneau. Cela permet une meilleure absorption de la lumière par les cellules photovoltaïques. Ainsi, il devient plus facile de convertir l'énergie solaire en électricité.
La technologie de nanostructuration de surface ?
La technologie de nanostructuration de surface utilisée pour s'inspirer de la texture des feuilles repose sur différentes méthodes. On peut utiliser :
- la gravure chimique,
- la lithographie
- ou l'utilisation de matériaux nanostructurés auto-assemblés.
Ces méthodes sont en constante évolution et permettent d'améliorer le design et l'efficacité de ces panneaux.
Et à l'heure actuelle ?
À ce jour, il n'existe pas de déploiement concret de ces panneaux solaires, bien que la société suisse "Insolight", avec son projet "concentrator photovoltaics", ait développé des panneaux solaires reproduisant une forme de texture.
De même, certains chercheurs du Michigan ont reproduit la texture des ailes de papillons sur leurs panneaux solaires afin d'en augmenter le rendement énergétique.
Globalement, l'idée de nanostructuration de surface se retrouve sur ces panneaux. Certaines universités, telles que Cambridge et Stanford, lancent des projets de recherche sur ce sujet.
Les panneaux solaires pigmentés
Qu'est-ce que la chlorophylle ?
La chlorophylle, qui est le pigment vert que l'on retrouve dans les cellules des plantes, joue un rôle essentiel dans la photosynthèse.
À quoi sert-elle ?
Elle absorbe la lumière dans les longueurs d'onde rouges et bleues du spectre lumineux, et réfléchit la lumière verte, ce qui donne à la plante sa couleur caractéristique. Lorsque la lumière est absorbée, elle crée une réaction chez les électrons présents, ce qui entraîne une réaction chimique permettant de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique.
En quoi est-ce important pour la feuille ?
La chlorophylle aide au développement de la plante en créant des hydrates de carbone tels que le glucose à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. C'est donc un processus fondamental dans la photosynthèse, et il semble judicieux de s'en inspirer.
Et à l'heure actuelle ?
Étant donné l'importance de la chlorophylle dans le processus de développement des plantes et de la photosynthèse, il est logique de vouloir développer des panneaux solaires qui s'en inspirent. Aujourd'hui, Michael Spencer et ses collaborateurs chercheurs à l'université de Surrey au Royaume-Uni tentent de développer des panneaux inspirés de ce pigment. Le projet avait déjà été tenté, mais le problème était que le pigment perdait sa couleur. Cependant, Michael affirme avoir créé un pigment synthétique qui conservera sa couleur fluorescente beaucoup plus longtemps que les autres.
Les panneaux solaires en forme de feuilles
Certains chercheurs ont décidé de s'inspirer de la structure des feuilles plutôt
que des caractéristiques précises qui les définissent. En plus de l'aspect esthétique, ces structures architecturales fournissent de l'énergie solaire.
Quelle forme possède une feuille ?
Généralement, une feuille est plutôt plate, fine, allongée et aplatie.
Sa base étroite est appelée "pétiole" et relie la tige à la feuille.
La partie principale et large est appelée "limbe".
Il existe de multiples formes de feuilles, telles que :
- la forme ovale,
- palmée,
- cordée,
- lancéolée,
- elliptique.
Ces formes peuvent varier selon les plantes et même au sein de la même plante.
Elles s'adaptent selon les besoins de la feuille, par exemple pour la photosynthèse ou l'évaporation.
Et à l'heure actuelle ?
L'entreprise Sustainably Minded Interactive Technology (SMIT) développe le projet "Solar Ivy".
Les panneaux conçus ressemblent à du lierre, offrant un aspect esthétique similaire à celui-ci, grimpant sur les murs d'une belle maison. Solar Ivy est léger et flexible, imitant parfaitement les caractéristiques d'une feuille.
Il est très facile de le monter verticalement sur un mur et de l'étendre sur une grande surface pour augmenter à la fois l'effet esthétique et la zone de captation de l'énergie solaire, et donc la production électrique.
La base des feuilles possède une base en treillis d'acier, ce qui leur permet d'être flexibles et de s'adapter à la surface du mur.
Chaque feuille est équipée d'un mince panneau solaire, et il en existe trois types différents selon les besoins des clients.
En général, on recommande d'installer 500 feuilles de lierre solaire pour une maison résidentielle, ce qui générera environ 250 watts de puissance.
De plus, on peut choisir la couleur et la forme des feuilles !
En conclusion
Les panneaux solaires jouent un rôle important dans un avenir plus respectueux de l'environnement, et plus ils seront performants, plus ils seront utilisés.
Les feuilles nous ont une fois de plus démontré leur utilité et leur capacité à inspirer de nouveaux projets.
La suite au prochain épisode...
Dans notre série sur " le biomimétisme"
Article renseigné et rédigé par Clémence, de l'équipe Run for Planet
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