Alors que le monde continue de chercher des sources alternatives de carburant pour nourrir son appétit insatiable pour l’énergie tout en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles, une nouvelle source pourrait se trouver dans un endroit inattendu: les sons qui nous entourent.
Les recherches sur l’énergie sonore sont en cours depuis de nombreuses années, mais l’utilisation du son comme source d’énergie en est encore à ses débuts. Cet article se penchera sur ce que l’on entend par énergie sonore, ses différentes utilisations et sa viabilité en tant que source d’énergie alternative.
Qu’Est-Ce Que L’Énergie Sonore ?
Il existe de nombreux types d’énergie, et l’énergie sonore résulte des vibrations des ondes sonores.
Mais comment cela se produit-il réellement? Lorsqu’une perturbation fait vibrer un objet ou une substance, l’énergie produite par la vibration traverse l’objet sous forme d’ondes sonores. L’objet ou la substance vibrant doit être solide, liquide ou gazeux.
Quelque chose d’aussi basique que d’agiter nos mains dans une substance comme l’air provoquerait suffisamment de vibrations conduisant à des ondes sonores. Les ondes sonores produites par ces moyens ne sont pas assez fortes pour être entendues par les humains, mais le principe est le même pour les ondes sonores audibles par nos tympans. Les vibrations font que les molécules de la substance se heurtent les unes aux autres et créent un effet d’entraînement qui entraîne la production d’ondes sonores.
Il existe deux principaux types d’ondes: les ondes longitudinales (ou de compression) et les ondes transversales. Les ondes longitudinales se forment lorsque les ondes se déplacent dans la même direction que la force agissant sur la substance. Les zones où les vagues sont les plus compactes sont appelées compressions; les zones où les vagues sont les plus étendues sont appelées raréfactions.
Les ondes transversales, en revanche, se déplacent dans une direction perpendiculaire à la force appliquée. Alors que les ondes longitudinales peuvent se produire dans l’une des trois substances — solides, liquides ou gaz — les ondes transversales ne peuvent se déplacer que dans les solides.
Les vibrations qui produisent ces ondes sonores sont ressenties par nos oreilles, ce qui leur donne alors un sens. Pour que les oreilles humaines détectent une vibration sonore, elle doit se déplacer entre 20 vibrations par seconde et 20 000 vibrations par seconde. Plus de vibrations sonores par seconde indiquent un son plus aigu. Ces vibrations sonores sont mesurées en Hertz, indiquant la fréquence d’un son.
Cependant, le volume d’un son est mesuré en décibels (dB), la conversation normale étant d’environ 60 dB.
Comment L’Énergie Sonore Est-Elle Utilisée?
source
Bien que l’attention portée à l’énergie sonore en remplacement possible d’autres sources d’énergie soit un phénomène relativement nouveau, il existe des exemples d’énergie sonore que nous, les humains, utilisons depuis longtemps pour des activités vitales.
Un exemple d’énergie sonore a contribué à sauver des vies. Lorsque les pilotes sortent d’un avion qui connaît des problèmes de moteur et qu’ils descendent en mer, ils peuvent libérer une petite charge explosive qui émet de l’énergie sonore.
Le son d’un petit explosif parcourt des milliers de mètres dans l’océan profond car il est piégé dans le canal sonore profond, connu sous le nom de SOFAR ou canal de fixation et de télémétrie du son. Le son peut ensuite être capté par des dispositifs spéciaux dans l’océan et l’emplacement du pilote abattu est déterminé, ce qui permet leur sauvetage.
Un autre exemple d’énergie sonore est celui qui est familier à beaucoup d’entre nous — l’utilisation des ultrasons. L’échographie est composée d’ondes longitudinales à très haute fréquence qui peuvent être utilisées pour briser la vésicule biliaire et les calculs rénaux. Il est également couramment utilisé à des fins d’imagerie médicale pendant la grossesse d’une femme.
Un troisième exemple d’énergie sonore est celui qui n’est normalement pas associé à l’homme — l’écholocation. Il est de notoriété publique que des animaux tels que les dauphins, les baleines et les chauves-souris utilisent l’écholocation pour les aider à naviguer et à chasser. Ces créatures envoient des ondes sonores qui rebondissent sur les objets et leur reviennent sous forme d’échos, qui leur indiquent l’emplacement des proies ou des obstacles sur leur chemin.
Mais saviez-vous que certains humains utilisent aussi l’écholocation ? Certaines personnes aveugles et malvoyantes le font en faisant des clics avec leur langue ou en tapotant avec leurs cannes. Les ondes sonores qu’elles créent rebondissent sur les objets et servent à les informer de leur emplacement, de leur taille et de leur texture.
L’Énergie Sonore Peut-Elle Remplacer Les Combustibles Fossiles?
source
Les chercheurs ont étudié l’énergie sonore comme l’une des formes d’énergie renouvelables au cours des dernières décennies. Les chercheurs s’y intéressent car l’énergie sonore contient deux types d’énergie mécanique — potentielle et cinétique — ce qui signifie qu’elle a la capacité de faire du travail. En savoir plus dans notre guide qui explique la différence entre énergie potentielle et énergie cinétique.
Cependant, la technologie permettant d’exploiter l’énergie sonore comme source d’énergie n’a pas encore atteint le stade où elle peut être utilisée à grande échelle. Par exemple, le son d’une perceuse pneumatique, quelque chose que la plupart d’entre nous trouvent trop intense, ne génère qu’un centième de watt d’énergie par mètre carré, alors que l’énergie solaire sur la même surface produirait jusqu’à 680 watts.
Néanmoins, l’omniprésence des sons dans notre environnement fait de l’exploitation de l’énergie sonore pour le pouvoir une perspective alléchante. Les scientifiques appellent cela la récupération d’énergie acoustique, et la recherche sur son potentiel en tant que source d’énergie s’est principalement concentrée sur trois technologies: les résonateurs de Helmholtz, les métamatériaux acoustiques et les moteurs thermoacoustiques. Regardons de plus près les trois.
Résonateurs Helmholtz
Les résonateurs Helmholtz sont utilisés pour amplifier ou absorber le son. Dans une expérience, les chercheurs ont puisé dans cette propriété pour capturer et amplifier les sons dans une gare. Ils ont ensuite converti l’énergie sonore en énergie électrique à l’aide d’un module générateur d’électricité. La puissance résultante était suffisante pour faire fonctionner de petits appareils électroniques.
Métamatériaux acoustiques
Ces types de matériaux sont conçus pour manipuler les ondes sonores afin d’atteindre un objectif particulier. Ceux qui sont développés pour exploiter l’énergie sonore amplifient les ondes sonores entrantes et concentrent l’énergie des ondes sonores pour permettre leur conversion en énergie électrique. Les structures piézoélectriques sont couramment utilisées pour la conception de métamatériaux acoustiques.
Moteurs thermoacoustiques
Ces types de moteurs convertissent la chaleur en énergie sonore à partir de laquelle l’énergie électrique est ensuite récupérée. Les moteurs thermoacoustiques sont considérés comme une technologie facile et fiable à utiliser. Cependant, il s’appuie sur une alimentation externe pour piloter son processus de récupération d’énergie, contrairement aux deux autres. Parmi ses applications figure la récupération de la chaleur résiduelle des gaz d’échappement des automobiles pour réduire les émissions, qui est ensuite convertie en énergie sonore à partir de laquelle l’énergie électrique est récoltée.
Cependant, ces méthodes de récupération d’énergie acoustique sont limitées dans leur application réelle. L’une des raisons en est que certaines méthodes ne fonctionnent qu’avec une bande de fréquences étroite, alors que la plupart des sons disponibles pour la récolte du son dans la vie moderne se situent dans la gamme de fréquences à large bande. Une limitation alliée est que les zones utilisées pour collecter les sons, comme dans le cas des métamatériaux acoustiques, sont généralement très petites, de sorte que peu d’énergie peut être collectée.
L’Énergie sonore est-elle une source d’énergie renouvelable?
source
L’utilisation de l’énergie acoustique comme source d’énergie renouvelable en est encore à ses étapes expérimentales. Une de ces expériences a capturé le bruit généré dans trois gares routières. À l’aide de métamatériaux acoustiques, à savoir piézoélectriques, il a converti ce bruit en énergie électrique.
Les chercheurs ont déclaré que leur objectif était de réduire l’utilisation de sources d’énergie non renouvelables tout en créant une « énergie électrique verte et durable » qui pourrait être utilisée pour alimenter les lampadaires. Les endroits où ils ont capturé le son présentaient régulièrement des niveaux de bruit d’environ 80 décibels et l’énergie captée donnait environ 0,024 watt-heure à partir d’une zone d’environ 1,5 mètre carré.
Cependant, quelques entreprises semblent avoir fait des progrès avec l’utilisation de cette forme d’énergie à l’échelle commerciale. Une technologie financée par le département de l’Énergie, connue sous le nom de ResonantAcoustics Mixing (RAM), développée par Resodyn Corp. est commercialisée pour être utilisée dans les industries qui font du mélange une partie majeure de leur processus de production.
Les vibrations sonores sont utilisées pour mélanger des liquides et des boues, par exemple dans la fabrication de céramiques, d’aliments et de produits pharmaceutiques, et pour le traitement de l’eau. Jusqu’à présent, la société a vendu les mélangeurs aux États-Unis et à l’étranger et a introduit des mélangeurs de capacités très variables.
Une autre application commerciale de l’énergie sonore en tant qu’énergie renouvelable est faite par l’avionneur Boeing. La société a déposé un brevet en 2015 pour une technologie qui récolterait les sons des jets décollant dans les aéroports et convertirait ce son en électricité pour l’utiliser comme énergie.
Une autre application brevetée d’énergie sonore a été développée par des chercheurs de l’Université RMIT en Australie. Les scientifiques ont breveté une technologie qui utilise des ondes sonores à haute fréquence pour administrer les vaccins par inhalation plutôt que par l’utilisation d’aiguilles.
Une application encore plus terre-à-terre de la technologie de l’énergie sonore implique un cuiseur sonique développé par des chercheurs de l’Université de Nottingham, qui utilise l’énergie sonore pour produire de l’électricité pour alimenter les poêles. Les poêles, qui produisent 36 watts d’électricité, ont été testés en Asie. Il est considéré comme une technologie transformatrice car de nombreuses personnes en Afrique subsaharienne et dans certaines régions d’Asie n’ont pas d’approvisionnement en électricité.
L’Énergie Sonore Peut-Elle Être Stockée?
source
Le même problème qui a entravé l’absorption de la plupart des formes d’énergie renouvelable pendant plusieurs années se pose avec l’énergie sonore: Comment stockez-vous l’énergie après l’avoir captée?
Typiquement, toute sorte d’onde mécanique, y compris les ondes sonores, changera de forme en entrant en contact avec un objet. Une partie de celle-ci sera absorbée par le matériau avec lequel elle entre en contact ou elle sera dispersée. Lorsque les ondes sonores sont absorbées, elles deviennent une autre forme d’énergie.
Les chercheurs ont mis au point un moyen de stocker l’énergie sonore jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire afin qu’elle ne soit convertie en énergie électrique qu’à la demande. Connue sous le nom d’absorption virtuelle cohérente, la technique perturbe fondamentalement la façon dont les ondes sonores interagissent généralement avec les matériaux pour permettre à l’énergie d’être stockée plutôt que d’être perdue ou transformée en énergie électrique avant qu’elle ne soit nécessaire.
Il y a près de deux décennies, un brevet a été déposé pour une technologie permettant de stocker l’énergie du son. Il implique l’utilisation de volants d’inertie qui stockeraient l’énergie électrique sur de longues périodes et serait un dispositif particulièrement utile pour le stockage dans les zones reculées.
Il reste à voir si l’une de ces technologies et de ces brevets finira par décoller et devenir grand public ou développés pour être utilisés à grande échelle. Mais ils soulignent que les chercheurs s’engagent dans le défi urgent de trouver des alternatives aux combustibles fossiles polluants qui sont à l’origine du changement climatique et des catastrophes naturelles dans le monde entier. De tels efforts doivent donc être applaudis.
L’Énergie Sonore Est-Elle Uniquement Pour Vos Oreilles?
Comme le montre cet article, l’énergie sonore fait bien plus que répondre aux besoins de communication de nous, les humains, que ce soit par l’utilisation d’instruments de musique ou de la parole. L’article a montré certaines des nombreuses applications possibles de la science derrière la façon dont l’énergie sonore se déplace à cause des molécules d’air et des innovations technologiques en cours. De telles recherches mèneront peut-être à des dispositifs utilisant l’acoustique qui offriront aux personnes malvoyantes encore plus d’indépendance. Il peut également y avoir des découvertes de nouvelles façons de localiser des personnes ou des objets perdus, ou d’exploiter cette ressource renouvelable pour l’électricité.
Présenté par taranergy.com
Toutes les images sous licence Adobe Stock.
Image vedette