Graphène et génération d' électricité

[Moinsdewatt]

Bonjour,

j' ai vu passer cette news au sujet de graphéne pouvant générer de l' electricité : http://bigthink.com/robby-berman/gra...ower-the-world

http://www.iflscience.com/technology...in-the-future/

Il me semble que c'est l' énergie de vibration qui est convertie en énergie électrique.

Mais la ils disent pouvoir extraire l' énergie du mouvement Brownien. Il me semblait pourtant que le second principe de la thermodynamique exclue cette possibilité.

Alors qu' en est il ?

Perso je suis extrêmement dubitatif.
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[barda]

Euh...

Ce n'est pas de la création d'énergie (oh, pardon, ce ne serait pas de la création d'énergie), mais simplement de la transformation d'énergie...

Et donc, le second principe ne s'y opposerait pas... Transformer le mouvement brownien en électricité, c'est ce qui se fait à chaque instant dans les centrales thermiques, me semble-t-il ...

Bon, mais je n'y crois pas trop non plus.

[Archi3]

si il s'agit de récupérer de l'électricité d'une source monotherme, si , bien sur , il s'agit clairement d'une violation flagrante du second principe. Il faut une source chaude et une source froide, et il n'est pas clair dans l'article où elles se situent.

[Moinsdewatt]

Euh...

Ce n'est pas de la création d'énergie (oh, pardon, ce ne serait pas de la création d'énergie), mais simplement de la transformation d'énergie...

Et donc, le second principe ne s'y opposerait pas... Transformer le mouvement brownien en électricité, c'est ce qui se fait à chaque instant dans les centrales thermiques, me semble-t-il ...

Bon, mais je n'y crois pas trop non plus.

Dans une centrale thermique il y a aussi une source ''froide''.

[A voir en vidéo sur Futura]

[barda]

Oui, il y a une source froide (et il y a aussi une source chaude), mais là n'est pas le problème...

On peut très bien imaginer une machine où l'énergie d'un mouvement se dissiperait en électricité, sans contredire le deuxième principe... Mais ici, ce qui pose problème, c'est le terme "limitless", qui nous amène directement au mouvement perpétuel... Sauf s'il s'agit de caractériser un équivalent de batterie indéfiniment rechargeable (ce qui aurait d'ailleurs un intérêt certain), mais c'est là que l'article n'est pas clair, c'est le moins que l'on puisse dire.

[Archi3]

Oui, il y a une source froide (et il y a aussi une source chaude), mais là n'est pas le problème...

où sont elles ?

On peut très bien imaginer une machine où l'énergie d'un mouvement se dissiperait en électricité, sans contredire le deuxième principe...

oui, à condition qu'une partie de l'énergie soit rendue à une source froide, ce qui revient à dire que tu utilises l'entropie potentiellement crée par l'écoulement du chaud vers le froid pour la transformer en travail, avec une variation d'entropie nulle idéalement : c'est à dire que tu as Qc/Tc = Qf/Tf d'ou W = Qc-Qf = Qc (1-Tf/Tc) , on retrouve bien évidemment le fameux rendement de Carnot.

Le graphène n'y change rien, le premier résultat fondamental de Carnot est que tout les processus réversibles ont le meme rendement quel que soit leur nature. Le graphène ne peut pas faire mieux en principe que n'importe quel moteur à gaz ...

Mais ici, ce qui pose problème, c'est le terme "limitless", qui nous amène directement au mouvement perpétuel... Sauf s'il s'agit de caractériser un équivalent de batterie indéfiniment rechargeable (ce qui aurait d'ailleurs un intérêt certain), mais c'est là que l'article n'est pas clair, c'est le moins que l'on puisse dire.

évidemment si il y a une source chaude et une source froide, ça ne peut pas etre perpétuel puisque ça tendra à égaliser les températures , il faut donc continuellement "recharger" la source chaude avec... un source d'énergie extérieure. Sinon on aurait un mouvement perpétuel de seconde espèce (différent de celui de première espèce qui implique la création d'énergie, ici il n'y aurait pas création d'énergie mais diminution de l'entropie, c'est ça qui est interdit).

[barda]

Mais... le rendement de Carnot ne s'applique qu'aux machines thermiques, à deux pôles, un froid et un chaud; ici, ce n'est pas une machine thermique, et ce principe ne s'applique pas... c'est pour cela que tu cherches vainement source chaude et source froide...

Heureusement, depuis Clausius (et a fortiori Carnot), le deuxième principe s'énonce de façon un peu plus générale... et plus féconde... je t'invite à t'y intéresser...

[Archi3]

une machine thermique, c'est un truc qui prend de la chaleur et la transforme en travail, et rien d'autre. En quoi le dispositif proposé est différent ?

Et tu ne trouveras pas de formulation plus générale que l'impossibilité de transformer de la chaleur en travail à partir d'une source monotherme (ce qui introduirait une diminution d'entropie de l'Univers de - Qc/Tc, négative donc impossible) : à ma connaissance, il n'y a que des reformulations différentes de ce principe, mais il n'a pas changé !

[barda]

J'abandonne.....

[Archi3]

ça vaut mieux que de vouloir contourner le second principe !

[albacore]

Le sujet est interessant, je me permet d'ajouter une video et un lien vers un article de la lettre de revue phisique pour alimenter la discussion. (le PDF date de sept 2016)



https://thibado.uark.edu/wp-content/...117.126801.pdf

Je comprend pas tout loin de là, mais on dirait que le dispositif utilise les vibrations de la monocouche de graphène pour recolter des "decharges electrostatiques" et ainsi produire un courant electrique.

Petit copier coller d'une partie d'un article qui en parle >> source http://sciencepost.fr/2017/12/graphe...nt-climatique/

"L’expérience aurait selon les scientifiques permis de produire 10 microwatts d’énergie continue (et sans pertes) grâce à une feuille de graphène de 10 micromètres sur 10 micromètres. Ainsi, cela revient à dire que le graphène produit de l’énergie naturelle et n’engendrant aucune pollution, le tout sans l’aide d’un élément extérieur. Les chercheurs estiment que cette découverte est aussi inattendue que révolutionnaire."

C'est quand meme une puissance importante vu la taille, je sais pas si c'est proportionnel à la surface mais si je me trompe pas ça donnerait 1MW par m2, soit pour 1m3, 2 milliard de couches (surement beaucoup moins à cause des collecteurs de courant intercalés, mais bon meme si y'en a 500 millions c'est deja très puissant.)

Ca me parait trop beau mais on ne sait jamais, ils ont peut etre découvert une technique en totale rupture avec ce qu'on connait deja.

[Archi3]

c'est juste du grand portenawak, un prof de physique qui prétend violer le second principe, c'est comme un prix Nobel de médecine prétendant justifier la mémoire de l'eau, ça ne peut pas exister (ou peut etre que si , hélas ...)

A noter que dans l'article PRL, il n'est jamais question d'une production d'électricité à partir des simples fluctuations thermiques, sinon, il aurait surement été rejeté ...

[barda]

C'est à dire que lui, prof de physique, il l'a peut-être compris ce second principe, contrairement à certains bavards de forum; et effectivement, dans cet article, il n'a jamais été question de fluctuations thermiques, fluctuations inventées par quelqu'un qui est resté collé au stade de la machine à vapeur...

Mon dieu, mon dieu, mon dieu...

[Archi3]

C'est à dire que lui, prof de physique, il l'a peut-être compris ce second principe, contrairement à certains bavards de forum; et effectivement, dans cet article, il n'a jamais été question de fluctuations thermiques, fluctuations inventées par quelqu'un qui est resté collé au stade de la machine à vapeur...

Mon dieu, mon dieu, mon dieu...

ah oui? le mec il dit que ça remplacerait les batteries sans avoir besoin de recharge, alors d'ou viendrait l'énergie, à part l'énergie thermique ? et où sont, encore une fois, la source froide et la source chaude ?

si tu as des connaissance supérieures en mécanique statistique qui te permettre d'expliquer comment on peut produire du courant sans source d'énergie libre (c'est à dire uniquement avec un corps à une certaine température, mais sans réaction chimique, sans lumière, etc, etc ...), tu peux les expliquer sur ce forum, j'ai hâte de me mettre à la physique moderne. Et expliquer , ce n'est bien sur pas dire "mon dieu mon dieu ..." (qui ne te répondra surement pas).

[Archi3]

il n'a jamais été question de fluctuations thermiques...

petite citation du PRL quand meme :

The movement of the central atom with 106 time steps (1 per fs) at low temperature (100 K) shows 0.1 nm height fluctuations at an overall height of 0.35 nm above the fixed boundary atoms, as shown in Fig. 3(a). At higher temper- atures (3000 K) something significantly different happens. At the same time scale, the random movement results in mirror buckling of the entire membrane from above the fixed boundary atoms to below them.

des mouvements aléatoires de l'ordre du nm qui dépendent de la température, pour le monsieur sorti de la machine à vapeur, ça n'a "rien à voir" avec des fluctuations thermiques ? c'est quoi alors ?

[Moinsdewatt]

Oui, il y a une source froide (et il y a aussi une source chaude), mais là n'est pas le problème...

On peut très bien imaginer une machine où l'énergie d'un mouvement se dissiperait en électricité, sans contredire le deuxième principe... .

Oui les générateurs piézo électriques alimentés avec une pression extérieure variable.
Mais la je ne conteste rien, il ne s'agit pas d'aller prendre ''gratuitement'' de l'energie thermique du systéme (puisque le mouvement brownien est assimilable à la Température).

[Moinsdewatt]

Mais... le rendement de Carnot ne s'applique qu'aux machines thermiques, à deux pôles, un froid et un chaud; ici, ce n'est pas une machine thermique, et ce principe ne s'applique pas... c'est pour cela que tu cherches vainement source chaude et source froide...

Heureusement, depuis Clausius (et a fortiori Carnot), le deuxième principe s'énonce de façon un peu plus générale... et plus féconde... je t'invite à t'y intéresser...

Si ce n' est pas une machine thermique, c'est quoi selon vous ?

Pour ma part je pense que c'est une transformation d'energie mécanique. Mais à mon sens cette energie mécanique n'est pas arrivée ''gratuitement''.

Mais alors pourquoi un chercheur en physique dit que ca viendrait de nulle part ?

Il va griller sa carriére vite fait si il donne pas un rectificatif dans sa communication

A noter qu' il s'agit de ce personnage :
https://fulbright.uark.edu/departmen...ul+M.+Thibado/

[barda]

Apparemment, mais le texte n'est pas clair, il ne s'agirait pas de mouvement brownien, mais de "vibrations", en bloc, du feuillet; ce serait donc bien une transformation d'énergie mécanique en électricité...

Il me semble clair à moi aussi que cette énergie mécanique n'est pas venue de nulle part, et accessoirement n'est pas inépuisable.

En tous cas, il ne s'agirait pas d'une machine thermique dipôle, et par ailleurs, nul ne dit qu'elle est "fermée" et n'échange rien avec l'extérieur. C'est en cela que le 2ème principe n'est pas obligatoirement transgressé. Par contre, en première lecture, c'est surtout le 1er principe qui semblerait quelque peu malmené...

Si cette annonce ne relève pas des annonces fantaisistes qui fleurissent actuellement dans le domaine de l'énergie, il faudra attendre des explications un peu plus précises et élaborées pour comprendre; mais il pourrait s'agir d'une piste intéressante pour un stockage d'énergie électrique... Comme le notait Albacore, avec 1 m2 de graphème, on obtiendrait 1MW de puissance "continue"; c'est colossal, même si ça n'est pas en continu mais seulement pendant 1 minute...

[Archi3]

Ce que dit l'article, c'est que les fluctuations en position et en vitesse ne sont pas gaussiennes, mais sont caractérisées par des excursions de grande ampleur ("vols de Levy", qui est justement un type de diffusion constitué de grands "sauts" et pas de petites fluctuations), qu'ils interprètent comme des déformations collectives de la surface qui se "gondole" dans son ensemble et pas seulement de petites fluctuations individuelles des atomes.
Ca n'empêche pas que ça reste des fluctuations thermiques incontrôlées et d'entropie maximale, dont le second principe, quoi que tu en penses, interdit de tirer quoi que ce soit d'utile à température ambiante.
Tu noteras que l'expérience décrite dans le PRL a été réalisée à 3000 K : bien évidemment dans ces conditions, la température du système est bien supérieure à celle de l'environnement et il n'y a aucun problème théorique à extraire de l'énergie "ordonnée" comme de l'électricité , c'est ce qui se fait dans tous les thermocouples !

mais ça ne marche que si il y a une différence de température , et -encore une fois- le rendement maximal sera toujours celui de Carnot, qui n'est pas du tout restreint aux machines à vapeur et aux gaz, mais s'applique à toute transformation de chaleur en travail. ET donc le problème est bien évidemment d'entretenir cette différence de température - et il faut une source d'énergie externe pour ça.

Evidemment il existe d'autres manières de produire du travail, comme une différence de potentiel chimique (piles) qui s'accompagne d'une réaction chimique, dans ce cas on sait aussi très bien calculer le travail maximal extractible, qui est la variation d'enthalpie libre. Mais ce n'est manifestement pas le cas ici.

[penthode]

l'Arkansas autorise le cannabis à usage médical ..... ça peut expliquer

[albacore]

Je comprend pas bien le principe de fonctionnement du bidule, la vidéo de vulgarisation montre comment c'est censé fonctionner mais en pratique comment se crée ce courant éléctrique à priori alternatif, c'est juste les ondulations de la feuille de graphene qui met les electrons en mouvement ?

Comment la feulile de graphène se charge électriquement ? (c'est pour ça que j'ai utilisé le terme d’électricité statique plus haut, c'est très mysterieux pour moi)

Pourquoi les pôles s'inversent ?


Ils annoncent une puissance en microwatts, mais une puissance c'est un UxI, quid ce ces valeurs ?
Meme transposé à une feulle de 1m2 et son Mw ... mais c'est de quel ordre le voltage et l'amperage ?

On pourrait imaginer un tel dispositif placé comme un panneau solaire sur un toit et qui pourrait fournir de l’électricité ?

Un systeme recuperant des chaleurs perdues normalement pour les convertir en electricité ? par exemple dans les gaz d'echappement d'une voiture ou une cheminée de maison

[barda]

Euh... 1 Mw récupéré dans les gaz d'échappement, même avec quelques pertes inévitables, ça fait une voiture assez puissante... et sur une surface de 1 m2, ça fait un flux thermique colossal... Oui, tout cela est bien mystérieux...

[Archi3]

Je comprend pas bien le principe de fonctionnement du bidule...

à mon avis, c'est plus ou moins délibéré , de ne pas trop donner de détails. C'est plus facile après pour demander des crédits.

[Archi3]

en fait je ne sais pas dans quelle conditions ils ont récupéré les 10 micro watts, mais dans PRL ils disent que les excursions ont été mesurées à 3000 K. Or si je calcule la puissance émise par un corps noir à 3000 K sur un carré de 10 micromètres, je trouve 1,67e-8 *(3000)^4 *(1e-5)^2 = 135 micro watts. Donc en gros, si c'est bien ça, ce serait un convertisseur d'énergie thermique en électricité avec un rendement de moins de 10 %, bien moins élevé que le rendement de Carnot à cette température, (et que celui d'une voiture thermique ...). Bof ....

[Moinsdewatt]

petite citation du PRL quand meme :

des mouvements aléatoires de l'ordre du nm qui dépendent de la température, pour le monsieur sorti de la machine à vapeur, ça n'a "rien à voir" avec des fluctuations thermiques ? c'est quoi alors ?

J'ai pu me procurer l' article scientifique du Physical review Letter intitulé ''Anomalous Dynamical Behavior of Freestanding Graphene Membranes'', et il y a bien la phrase indiquée par Archi3.

Mais en aucun cas l' article ne parle de créer de l' énergie. Il y a eu un emballement médiatique stupide pour je ne sais quelle raison.

Je vais donc en rester la.

J'irais quand méme revoir sur le net ce que fait ce labo d' ici un an.

[polo974]

Vu qu'ils bossent à des dimensions proches du nm, et qu'un gaz est quand même assez plein de vide, on se retrouve avec un ensemble de "nano peaux de tambour" qui ne sont plus frappées par un flux quasi continu de molécules (ce qui donne une pression macroscopiquement continue), mais d'une suite de "nano coups de baguette" qui font vibrer la membrane, vibration exploitable (enfin, ça c'est à améliorer...).

On n'est donc plus face à de la thermodynamique classique.

Et il n'y a pas besoin du couple source froide / source chaude, il faut "juste" maintenir la température du gaz et transformer les vibrations en tension, puis soit les redresser, sot les synchroniser pour pouvoir les additionner, bref, yaka.

En gros, il ont déplacer le problème de mise en phase du domaine de la mécanique au domaine de l'électr(on)ique...

[Archi3]

Vu qu'ils bossent à des dimensions proches du nm, et qu'un gaz est quand même assez plein de vide, on se retrouve avec un ensemble de "nano peaux de tambour" qui ne sont plus frappées par un flux quasi continu de molécules (ce qui donne une pression macroscopiquement continue), mais d'une suite de "nano coups de baguette" qui font vibrer la membrane, vibration exploitable (enfin, ça c'est à améliorer...).

On n'est donc plus face à de la thermodynamique classique.

ça c'est le fantasme de ceux qui n'ont rien compris à la thermodynamique : effectivement la thermodynamique est une statistique sur les grands nombres, donc sur les systèmes nanoscopiques individuels, la loi des grands nombres ne joue pas. Mais dès que tu veux en mettre beaucoup pour utiliser un phénomène de manière "macroscopique", elle se remet à jouer, parce que justement les fluctuations aléatoires font que tes systèmes microscopiques échangent aléatoirement dans un sens ou dans un autre, et si tu as à la meme température que ton thermostat, les échanges seront finalement en moyenne nuls (c'est meme la définition de la température), ou alors, il faut dépenser plus d'énergie pour "contrôler " ton système que ce que tu peux en retirer. Il y a longtemps qu'on a expliqué le paradoxe du démon de Maxwell !

[baiegeai]

Bonjour,

j' ai vu passer cette news au sujet de graphéne pouvant générer de l' electricité : http://bigthink.com/robby-berman/gra...ower-the-world

http://www.iflscience.com/technology...in-the-future/

Il me semble que c'est l' énergie de vibration qui est convertie en énergie électrique.

Mais la ils disent pouvoir extraire l' énergie du mouvement Brownien. Il me semblait pourtant que le second principe de la thermodynamique exclue cette possibilité.

Alors qu' en est il ?

Perso je suis extrêmement dubitatif.

le principe expliqué dans la video est relativement simple : on charge le graphene avec des electrons ( on le polarise ) et on le met entre 2 plaques qui forment un condensateur
le fait de bouger le graphene polarisé fait bouger les charges du condensateur et donc créé un courant electrique si on met une charge aux bornes du condensateur
il ne suffit plus qu'à secouer le cocotier pour que les cacahuètes tombent
le fait de mettre simplement en temperature et d'attendre que le mouvement aleatoire des molecules produise du courant est evidement une betise pour les physiciens puisque statistiquement la charge globale macroscopique sera nulle
c'est vrai qu'il faut souvent convoquer Carnot pour remettre les idées en place aux reveurs fantaisistes ou aux bonimenteurs exploitant la meconnaissance du public plus ou moins averti
il faudra donc , soit appliquer une chaleur differente sur chacune des electrodes ( et on refait un peltier ou josephson ) , soit secouer mecaniquement

il n'y a là aucune invention, juste l'utilisation d'un mot qui a fait rever ( graphene )
ce principe pourrait s'appliquer à d'autres materiaux , nanomateriaux si on veut faire mode

[polo974]

ça c'est le fantasme de ceux qui n'ont rien compris à la thermodynamique ...

facile de couper le post en morceau.

la suite du message sous-entendait ironiquement en gros ce que tu dis... je n'ai peut-être pas assez appuyé le yaka...

[Archi3]

facile de couper le post en morceau.

la suite du message sous-entendait ironiquement en gros ce que tu dis... je n'ai peut-être pas assez appuyé le yaka...

ok je ne savais pas tres bien ce que tu sous entendais, mais d'un autre coté, je parlais d'une façon générale de ceux qui n'avaient pas compris la thermodynamique et non pas de toi en particulier .