Un groupe d'ingénieurs américains a réussi à faire tourner le moteur Stirling la nuit. Il profite du rayonnement thermique qui s’échappe dans l’espace pour générer suffisamment d’énergie pour alimenter un ventilateur ou produire de l’électricité, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités de génération mécanique nocturne.
Des ingénieurs de l'Université de Californie à Davis ont développé un dispositif capable de générer de l'énergie mécanique la nuit, en utilisant la chaleur ambiante à la surface de la Terre et en la transférant vers le froid de l'espace. L'invention, conçue par Tristan J. Deppe et Jeremy N. Munday, a été publiée dans la revue Science Advances.
L'appareil est basé sur un moteur Stirling à faible différence de température. Son fonctionnement profite du phénomène de refroidissement radiatif : pendant la nuit, la chaleur de la surface terrestre peut être émise vers le ciel à travers la fenêtre atmosphérique dite infrarouge (8 à 13 microns), qui permet une évacuation thermique efficace vers l'espace. Ce principe, déjà utilisé dans les applications de refroidissement passif des bâtiments, est ici intégré dans un système explicitement conçu pour générer du travail mécanique et, en option, de l'électricité, pendant les heures nocturnes.
Données clés de cette recherche
- Dispositif actif la nuit : Le système consiste en un moteur Stirling à faible différence de température, capable de générer de l'énergie mécanique pendant la nuit, en utilisant la chaleur de la surface de la Terre et en la transférant vers le froid de l'espace.
- Principe de fonctionnement : Il profite du refroidissement radiatif à travers la fenêtre atmosphérique infrarouge (8 à 13 microns), qui permet à une plaque émissive exposée au ciel de se refroidir par rapport au sol, générant un gradient thermique qui déplace le moteur.
- Résultats sur le terrain : lors de tests menés à Davis, en Californie, l'appareil maintient des différences de température d'environ 10 °C et génère jusqu'à 400 mW/m² de puissance mécanique, avec un potentiel d'amélioration jusqu'à 6 W/m² avec des matériaux et des couplages optimisés.
- Applications pratiques : Le système peut remplacer le volant moteur par un ventilateur pour les serres et les bâtiments, atteignant les vitesses d'air recommandées par les réglementations de qualité environnementale sans avoir besoin d'une alimentation électrique externe.
- Conditions optimales et potentiel global : les performances sont supérieures dans les régions arides et montagneuses avec une faible humidité et un ciel dégagé. L'analyse globale suggère une large applicabilité, avec un intérêt particulier en tant que complément nocturne à l'énergie solaire et dans les infrastructures sans accès continu à l'électricité.
Référence
Production d'énergie mécanique utilisant le rayonnement ambiant de la Terre. Tristan J. Deppe et Jeremy N. Munday. Science Advances, 12 novembre 2025, Vol 11, Numéro 46. DOI : 10.1126/sciadv.adw6833
Permanent et silencieux
Le dispositif expérimental consiste à fixer une plaque émissive supérieure, recouverte d'une peinture spéciale, exposée directement au ciel, et une plaque inférieure en contact thermique avec le sol. La différence de température entre les deux, qui avoisine les 10 °C par temps clair, reste relativement stable la nuit et fait bouger le piston du moteur Stirling. Cette machine, de par sa nature, est capable de fonctionner en continu et silencieusement avec des gradients thermiques modestes, sans avoir besoin de carburant ni de contrôle actif.
Au cours d'un an de mesures sur le terrain, l'appareil a montré qu'il pouvait fournir jusqu'à 400 mW de puissance mécanique par mètre carré de plaque émissive, avec le potentiel d'atteindre jusqu'à 6 W/m² en optimisant les matériaux et le couplage.
Les auteurs ont ajouté un générateur électrique pour extraire l'électricité directement, mais avec un faible rendement en raison des pertes du générateur commercial utilisé. Cependant, l’énergie mécanique générée est destinée à des applications spécifiques dans lesquelles la conversion en électricité n’est pas indispensable.
Parmi les utilisations proposées, la ventilation passive dans les serres et les bâtiments se démarque. En remplaçant le volant moteur par un ventilateur, le système génère des vitesses d'air allant jusqu'à 0,3 m/s, suffisantes selon la réglementation internationale pour la circulation du CO₂ et le confort thermique dans les espaces clos. Le même principe permettrait de maintenir des niveaux adéquats de ventilation nocturne dans les endroits où il n'y a pas d'accès aux réseaux électriques : installations agricoles, zones rurales, serres ou abris.
Influences météorologiques
Les mesures sur le terrain révèlent que les performances du système sont conditionnées par les conditions météorologiques : le gradient thermique est plus important par temps clair et faible humidité, tandis que la nébulosité ou la vapeur d'eau atténuent les fuites thermiques vers l'espace et réduisent la puissance disponible. Par conséquent, une efficacité maximale est attendue dans les zones arides, les hautes montagnes ou les régions aux nuits froides et claires.
L'approche de l'équipe Davis se positionne comme une alternative ou un complément à l'énergie solaire, capable de fonctionner précisément lorsque l'énergie photovoltaïque est inutile : la nuit. De plus, le système nécessite des matériaux disponibles sur le marché et une conception relativement simple, ce qui permet son évolutivité et son applicabilité immédiate dans des environnements réels, sans dépendre de matériaux critiques ou de processus industriels complexes.
Cette avancée représente un élargissement de la carte des technologies des énergies renouvelables, permettant de tirer parti des flux d'énergie naturels – comme le rayonnement thermique vers le ciel – qui jusqu'à présent n'avaient pas été exploités pour la production directe de travail utile ou d'électricité.
Le dispositif pourrait donc être intégré à des solutions hybrides ou adapté à des secteurs spécifiques qui exigent un fonctionnement passif et une autonomie énergétique nocturne.
