Percée en matière d'énergie propre : production d'énergie « impossible » à l'aide du graphène Challenges Century

Une équipe de chercheurs rapporte avoir réussi à réfuter un principe de longue date de la physique moderne selon lequel un travail utile ne peut être obtenu à partir de fluctuations thermiques aléatoires, en partie grâce aux propriétés uniques du graphène.

Le mouvement microscopique des particules dans un fluide, également connu sous le nom de mouvement brownien pour sa découverte par le scientifique écossais Robert Brown, a longtemps été considéré comme un moyen impossible de générer un travail utile.

L'idée a été abandonnée il y a des décennies par le physicien Richard Feynman, qui a proposé en mai 1962 une expérience de pensée impliquant une machine à mouvement perpétuel apparent, surnommée un cliquet brownien.

En théorie, cet appareil serait constitué d'un engrenage et d'un cliquet qui vibrerait lorsqu'il serait immergé dans un bain thermique, permettant un mouvement dans une seule direction. Le principe est que le mouvement unidirectionnel produirait une force en l’absence de tout gradient thermique, défiant apparemment la deuxième loi de la thermodynamique. Cependant, Feynman a fait valoir que puisque les composants de la machine subiront également un mouvement brownien, il y aura inévitablement des défauts dans son fonctionnement, annulant ainsi tout travail utile qu'elle pourrait générer.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs du département de physique de l'Université de l'Arkansas affirme avoir démontré que les fluctuations thermiques du graphène autonome peuvent effectivement être utilisées dans le cadre d'une nouvelle méthode inédite qui permet la création de travaux utiles, bouleversant plus d'un siècle de méthodes conventionnelles. penser en physique moderne.

Le graphène est un fullerène composé d’une feuille de graphite d’un seul atome d’épaisseur. En raison de la structure ondulée du graphène autonome, son comportement unique en réponse à la température ambiante le rend idéal pour une utilisation dans les recherches de l'équipe.

Dans un article décrivant leur découverte, l’équipe considère théoriquement « une ondulation de graphène comme une particule brownienne », couplée à un circuit de stockage d’énergie. Si le circuit et la particule brownienne restent à une température constante, l'énergie ne peut pas être générée à partir de la particule selon la deuxième loi de la thermodynamique. Cela reste vrai même si une diode de redressement est introduite dans le circuit.

"Cependant, lorsque le circuit contient une jonction suivie de deux diodes câblées en opposition", expliquent les auteurs de l'article, "l'approche vers l'équilibre peut devenir ultra lente". Plus précisément, l'équilibre entre ces éléments est temporairement interrompu lorsque le courant passe entre une paire de diodes, ce qui charge les condensateurs de stockage.

"L'énergie récupérée par chaque condensateur provient du bain thermique des diodes", expliquent les auteurs de l'article, "tandis que le système obéit aux première et deuxième lois de la thermodynamique". Par conséquent, même si aucune loi thermodynamique n’est défiée, un travail utile est néanmoins généré à partir du mouvement brownien, au mépris des arguments contraires de Feynman, vieux de plusieurs décennies.

Au cours du processus de recherche, l'équipe, dirigée par Paul Thibado, professeur de physique à l'Université de l'Arkansas, a découvert que même si des condensateurs plus gros produisaient davantage de charge stockée, l'utilisation de condensateurs plus petits à base de graphène offrait non seulement un taux de charge plus élevé au départ, mais également une décharge sur une période plus longue. période plus longue - un facteur important, puisque l'utilisation de la capacité du graphène de cette manière permet de déconnecter les condensateurs de stockage du circuit utilisé pour récolter l'énergie avant la perte de la charge nette.

Dans un e-mail adressé à The Debrief, Thibado a expliqué que la nouvelle source d'énergie que lui et ses collègues ont découverte a réussi à échapper aux physiciens pendant si longtemps en raison des limitations auxquelles les chercheurs ont été confrontés dans les années 1960 lors des premières tentatives de résolution d'une équation aux dérivées partielles qui a longtemps laissé les physiciens perplexes. .

"Nous avons trouvé cette nouvelle source d'énergie en résolvant l'équation de Fokker-Planck (FPE)", explique Thibado.

Dans les années 1960, à peu près au moment où Feynman présentait ses arguments sur l’utilisation du mouvement brownien pour produire des travaux utiles, les scientifiques faisaient également leurs premières tentatives pour résoudre l’équation de Fokker-Planck.