En ce qui concerne l'éclairage électrique traditionnel, il n'y a pas beaucoup de variété dans l'alimentation électrique :elle provient du réseau. Lorsque vous actionnez un interrupteur pour allumer la lumière de votre chambre, les électrons commencent à se déplacer de la prise murale vers les composants métalliques conducteurs de la lampe. Les électrons traversent ces composants pour compléter un circuit, provoquant l'allumage d'une ampoule (pour plus de détails, voir Fonctionnement des ampoules).
Cependant, les sources d'énergie alternatives sont à la hausse, et l'éclairage ne fait pas exception. Vous trouverez des lampes à énergie éolienne, comme le lampadaire de la société de design néerlandaise Demakersvan, qui possède une turbine en toile à voile qui génère de l'électricité dans des conditions venteuses. La Woods Solar Powered EZ-Tent utilise des panneaux solaires montés sur le toit pour alimenter des chaînes de LED à l'intérieur de la tente lorsque le soleil se couche. Philips combine les deux sources d'alimentation dans son prototype de lampadaire Light Blossom, qui tire son électricité de panneaux solaires lorsqu'il fait beau et d'une éolienne montée sur le dessus lorsqu'il ne l'est pas. Et n'oublions pas la source d'énergie la plus ancienne de toutes :le travail humain. Des appareils comme la lampe de poche Dynamo kinetic génèrent de la lumière lorsque l'utilisateur appuie sur un levier.
La plupart d'entre nous connaissent l'énergie éolienne, solaire et cinétique et ce qu'elles peuvent faire. Mais un appareil exposé à la Semaine du design de Milan l'année dernière a attiré l'attention sur une source d'énergie dont nous n'entendons pas souvent parler :la saleté.
Dans cet article, nous allons découvrir le fonctionnement d'une lampe de sol et explorer ses applications. C'est en fait un moyen assez connu de générer de l'électricité, ayant été démontré pour la première fois en 1841. Aujourd'hui, il existe au moins deux façons de créer de l'électricité à l'aide du sol :dans l'une, le sol agit essentiellement comme un moyen pour le flux d'électrons; dans l'autre, le sol est en train de créer les électrons.
Commençons par la Soil Lamp exposée à Milan. L'appareil utilise la saleté dans le cadre du processus que vous trouveriez au travail dans une vieille batterie ordinaire.
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La designer de produits néerlandaise Marieke Staps a créé la soi-disant lampe de sol . Et bien que la conception elle-même soit nouvelle, elle intègre un concept plutôt ancien, parfois appelé "batterie terrestre".
En 1841, l'inventeur Alexander Bain a démontré la capacité de la terre ordinaire à générer de l'électricité. Il a placé deux morceaux de métal dans le sol - un en cuivre, un en zinc - à environ 3,2 pieds (1 mètre) l'un de l'autre, avec un circuit de fil les reliant. Le résultat était de l'électricité, d'environ 1 volt, assez pour alimenter l'horloge qu'il a branchée au circuit [source :EE].
Cette configuration de saleté est similaire à la batterie à cellules Daniell commune , qui remonte aux années 1830. La pile Daniell comporte deux parties :le cuivre (la cathode) en suspension dans une solution de sulfate de cuivre et le zinc (l'anode) en suspension dans une solution de sulfate de zinc. Ces solutions sont des électrolytes - des liquides contenant des ions. Les électrolytes facilitent l'échange d'électrons entre le zinc et le cuivre, générant puis canalisant un courant électrique. Une pile terrestre - et une batterie de pommes de terre ou une batterie au citron, d'ailleurs - fait essentiellement la même chose qu'une cellule Daniell, bien que moins efficacement. Au lieu d'utiliser des sulfates de zinc et de cuivre comme électrolytes, la batterie Earth utilise de la saleté.
Lorsque vous placez une électrode de cuivre et une électrode de zinc dans un récipient de boue (il doit être humide), les deux métaux commencent à réagir, car le zinc a tendance à perdre des électrons plus facilement que le cuivre et parce que la saleté contient des ions. Mouiller la saleté la transforme en une véritable "solution" d'électrolyte. Ainsi, les électrodes commencent à échanger des électrons, comme dans une batterie standard.
Si les électrodes se touchaient, elles créeraient simplement beaucoup de chaleur pendant qu'elles réagissent. Mais comme ils sont séparés par le sol, les électrons libres, pour se déplacer entre les métaux inégalement chargés, doivent traverser le fil qui relie les deux métaux. Connectez une LED à ce circuit terminé et vous obtenez une lampe de sol.
Le processus ne se poursuivra pas éternellement - le sol finira par se décomposer car la saleté s'épuise de ses qualités d'électrolyte. Remplacer le sol relancerait le processus, cependant.
La lampe de sol de Staps est un concept de conception -- elle n'est pas sur le marché (bien que vous puissiez probablement créer la vôtre -- remplacez simplement "pomme de terre" par "récipient de boue" dans une expérience de lampe à pomme de terre).
Une approche beaucoup plus récente de la batterie terrestre utilise le sol comme un acteur plus actif dans la production d'électricité. Dans le cas de la pile à combustible microbienne, c'est ce qu'il y a dans la saleté qui compte.
Si vous avez un tas de compost dans votre jardin, vous savez déjà que la terre est une substance active. Ou plutôt, il contient beaucoup d'activité - les microbes vivants dans le sol métabolisent constamment nos déchets en produits utiles. Dans un tas de compost, ce produit est un engrais. Mais il existe des microbes qui produisent quelque chose d'encore plus puissant :le flux d'électrons.
Espèces de bactéries comme Shewanella oneidensis , Rhodoferax ferrireducens , et Geobacter sulfurreducens , que l'on trouve naturellement dans le sol, produisent non seulement des électrons lors de la décomposition de leur nourriture (nos déchets), mais peuvent également transférer ces électrons d'un endroit à un autre.
Une startup appelée Lebone Solutions a trouvé un moyen d'exploiter cette électricité microbienne pour fournir l'éclairage et la recharge des téléphones portables dans les zones rurales d'Afrique.
Piles microbiennes , ou piles à combustible microbiennes , existent dans les laboratoires de recherche depuis un certain temps, mais leur puissance de sortie est si faible qu'ils ont surtout été considérés comme quelque chose à explorer pour une utilisation future. Ils ne pouvaient en aucun cas alimenter une sécheuse. Mais Lebone Solutions a trouvé une utilisation pour les batteries microbiennes :il suffit d'une petite quantité d'énergie pour faire fonctionner une lumière ou recharger un téléphone portable.
L'appareil est simple à créer. Il se compose principalement d'un tissu de graphite (l'anode) placé au fond d'un récipient, recouvert de terre et d'une longueur de grillage (la cathode). Un fil conducteur relie l'anode et la cathode pour créer un circuit, avec une LED connectée au circuit.
Lorsque les microbes mangent les déchets du sol, ils produisent des électrons. Ces électrons veulent circuler vers une charge plus positive, ils voyagent donc à travers le réseau de bactéries, se déplaçant de l'anode en tissu de graphite à travers le fil conducteur pour se rendre à la cathode en fil de poulet. Lorsque ce courant circule dans le circuit, une LED s'allume.
Lebone estime qu'une pile à combustible mesurant 10,7 pieds carrés (1 mètre carré) produirait 1 watt, ce qui pourrait recharger un téléphone portable; 53,8 (5 mètres carrés) pourraient alimenter une lampe ou un ventilateur [source :Grifantini].
Dans le monde développé, une pile à combustible microbienne ne serait pas une source d'énergie efficace. Mais en Afrique rurale, où il n'y a pas de source d'alimentation électrique, ce type de configuration pourrait être un changement bienvenu par rapport à la marche de plusieurs kilomètres pour recharger un téléphone. Lebone introduit actuellement la pile à combustible dans plusieurs villages africains.
Pour plus d'informations sur les batteries terrestres, les piles à combustible microbiennes et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
