Cette technologie pourrait à terme aider les usines, les véhicules et les appareils électroniques à récupérer l'énergie actuellement gaspillée.
Les usines du monde entier rejettent d'énormes quantités de chaleur dans l'environnement. Les fours sidérurgiques, les usines chimiques, les moteurs de véhicules et les équipements électroniques génèrent tous des températures qui représentent une énergie potentiellement récupérable.
Des chercheurs japonais viennent de rapporter une avancée frappante : un matériau thermoélectrique dont la mesure de performance clé a été améliorée d'environ 250 fois suite à l'ajout d'une petite quantité de titane.
La découverte, publiée dans le Journal of Materials Chemistry A le 12 octobre 2026 et mise en avant à l'échelle internationale par Tohoku University le 29 octobre, pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour convertir la chaleur résiduelle industrielle en électricité.
De 1 à 250 — qu'est-ce qui a réellement été amélioré ?
Les scientifiques ont étudié le nitrure de chrome, un matériau qui peut être déposé sous forme de couches extrêmement minces.
En ajoutant du titane à des concentrations allant de 4,6 % à 9,3 % des atomes, ils ont réduit les défauts de la structure cristalline du matériau et ont considérablement amélioré le mouvement des électrons.
La mobilité des électrons a augmenté d'environ deux ordres de grandeur — soit environ un facteur 100.
Le matériau résultant a atteint un facteur de puissance thermoélectrique de 5,26 microwatts par centimètre par kelvin carré, soit environ 250 fois celui du nitrure de chrome non traité.
Le facteur de puissance mesure l'efficacité avec laquelle un matériau peut générer de l'énergie électrique à partir d'une différence de température dans des conditions comparables.
Il est important de noter que cela ne signifie pas qu'une usine utilisant ce matériau récupérerait soudainement 250 fois plus d'électricité. Les performances en conditions réelles dépendent également du flux thermique, de la géométrie du dispositif, de la conductivité thermique et des conditions de fonctionnement.
Néanmoins, l'amélioration est remarquable pour un matériau fabriqué sans les procédés à haute température requis par de nombreuses technologies concurrentes.
Un générateur fonctionnel — mais encore microscopique
L'équipe japonaise est allée au-delà des mesures en laboratoire en construisant un petit générateur thermoélectrique sur du verre.
Avec une différence de température de 96 kelvins — l'équivalent d'une différence de 96 degrés Celsius — le prototype a généré une puissance électrique maximale de 455,8 nanowatts.
Cela équivaut à environ 0,000000456 watt.
À titre de comparaison, une lampe LED classique de 10 watts consomme plus de 20 millions de fois cette quantité d'énergie.
La comparaison illustre à la fois les promesses et les limites actuelles de la technologie. Le prototype est un dispositif expérimental miniature, et non un générateur industriel déployable commercialement.
Les chercheurs ont également rapporté une densité de puissance de 38 milliwatts par centimètre carré lorsqu'elle est normalisée à la section transversale de la couche mince, une valeur comparable à certains matériaux thermoélectriques de haute performance.
Cette mesure spécifique ne doit pas être interprétée comme une production d'électricité par centimètre carré de mur d'usine ou de surface de type panneau solaire.
Pourquoi la fabrication à température ambiante est importante
De nombreux matériaux thermoélectriques avancés nécessitent des températures élevées lors de la production, ce qui augmente la complexité de fabrication et restreint les substrats sur lesquels ils peuvent être déposés.
L'approche japonaise utilise la pulvérisation réactive pour créer des films à température ambiante environ.
Cela rend potentiellement le matériau adapté à l'électronique, au verre et à d'autres surfaces qui ne supportent pas des températures de fabrication extrêmes.
Cela pourrait également offrir des opportunités pour les capteurs industriels et les petits appareils qui dépendent actuellement de batteries.
Les générateurs thermoélectriques présentent un autre avantage : contrairement aux turbines ou aux moteurs conventionnels, ils ne contiennent aucune pièce mécanique mobile.
Cela les rend attractifs pour des applications où l'accès pour la maintenance est difficile ou lorsque la fiabilité est critique.
Quelle quantité d'énergie l'industrie pourrait-elle récupérer ?
Considérons un système industriel rejetant 100 mégawatts de chaleur perdue.
Si une future technologie de récupération d'énergie pouvait convertir seulement 5 % de cette chaleur en électricité, le résultat serait de 5 mégawatts de puissance électrique.
En fonctionnant en continu, cela produirait environ 43,8 gigawattheures par an — assez pour alimenter environ 12 000 foyers consommant 3 650 kilowattheures chaque année.
Il s'agit d'un calcul illustratif, et non d'une revendication de performance pour le film expérimental de Tohoku.
Atteindre une telle production nécessiterait des avancées en ingénierie et une démonstration à une échelle largement supérieure au prototype actuel.
Le prochain défi : l'échelle commerciale
Les chercheurs doivent désormais s'attaquer aux coûts de fabrication, à la durabilité, à l'efficacité thermique et à la difficulté de combiner un grand nombre de dispositifs microscopiques en générateurs utiles.
Leurs conclusions démontrent néanmoins que la modification minutieuse de la structure atomique d'un matériau peut débloquer des améliorations de performance auparavant considérées comme difficiles à réaliser.
Pour les économies énergivores telles que l'Allemagne, le Japon, la Chine et la Corée du Sud, les technologies capables de récupérer l'énergie industrielle gaspillée pourraient à terme réduire les coûts d'exploitation et les émissions.
L'amélioration par un facteur 250 n'est pas encore une révolution énergétique. Mais elle offre une nouvelle voie pour transformer une petite partie des énormes flux de chaleur résiduelle mondiale en électricité utile.
