Énergie
Tissu Intelligent Convertit la Chaleur en Électricité
Imaginez des vêtements qui surveillent votre température, suivent votre activité ou vous gardent au chaud tout seuls, sans besoin d’une source d’alimentation externe.
Eh bien, tout cela et bien plus encore devient rapidement une réalité grâce à toutes les recherches et développements qui se déroulent à l’intersection de la technologie et du vêtement.
Les avancées technologiques transforment nos vies en rendant nos téléphones et appareils ménagers plus intelligents. Aujourd’hui, même nos vêtements deviennent intelligents, ouvrant des possibilités qui ouvrent la voie à un avenir passionnant et plus durable.
Le marché mondial du textile intelligent est déjà évalué à 4,1 milliards de dollars et est prévu d’atteindre 24,5 milliards de dollars d’ici 2032. Fait intéressant, la récupération d’énergie représente actuellement la plus grande part de ce marché, selon Markets and Markets.
La récupération d’énergie consiste à convertir l’énergie ambiante en énergie électrique pour alimenter des dispositifs électroniques autonomes. Cette énergie peut être récupérée à partir de diverses sources, y compris mécaniques et thermiques. Pour créer des textiles récupérant l’énergie, des matériaux actifs sont généralement ajoutés à la surface du textile ou tissés ou brodés dans celui‑ci.
Ces tissus intelligents pourraient être utilisés comme alternative aux batteries, qui nécessitent une recharge ou un remplacement périodique car elles ne contiennent qu’une quantité d’énergie finie. Dans les applications textiles portables, les batteries ont tendance à être des éléments rigides et encombrants qui doivent être retirés avant le lavage et nécessitent donc des améliorations.
Bien que ce secteur soit encore à un stade relativement précoce, il croît rapidement, stimulé par une combinaison de facteurs, notamment les avancées technologiques, le design, la demande des consommateurs, la miniaturisation et les politiques gouvernementales.
Maintenant, jetons un œil aux innovations passionnantes du secteur et à la puissance littérale des vêtements que nous portons !
Tissu Intelligent pour Convertir la Chaleur Corporelle en Électricité
L’une des développements les plus récents et électrisants a été réalisée par des chercheurs de l’Université de Waterloo en collaboration avec une institution de premier plan en science et ingénierie du textile à l’Université Jiangnan, qui ont créé un tissu intelligent qui convertit l’énergie thermique du corps et la lumière du soleil en énergie électrique.
Ce tissu intelligent a la capacité de générer de l’énergie, d’observer les indicateurs de santé et de suivre l’activité physique. Ces capteurs permettent au tissu de détecter les variations de température et de surveiller la pression, le stress et la composition chimique.
Une application prometteuse de ce tissu est les masques faciaux intelligents qui peuvent suivre la température et le rythme de votre respiration ainsi que détecter des produits chimiques pour aider à identifier des affections comme le cancer du poumon et les virus. Selon Yuning Li, directrice du laboratoire de matériaux électroniques imprimables à Waterloo et professeure au département de génie chimique:
« Nous avons développé un matériau tissu avec des capacités de détection multifonctionnelles et un potentiel d’auto‑alimentation qui nous rapproche des applications pratiques pour les tissus intelligents. »
Le tissu conçu par l’équipe est flexible, à base de MXène, thermoélectrique, et peut déterminer avec précision les stimuli de contrainte et la température. Pour y parvenir, l’équipe a développé une couche de polydopamine adhésive (PDA) sur la surface du tissu en nylon, ce qui a facilité l’attachement du MXène grâce aux liaisons hydrogène.
Le MXène suscite beaucoup d’attention pour sa rare combinaison de propriétés telles que structure en couches, flexibilité, grande surface, conductivité électrique et métallique, biocompatibilité, hydrophilie, réglabilité de taille et chimie de surface riche. L’étude a noté:
« Le tissu thermoélectrique à base de MXène résultant présente une capacité exceptionnelle de détection de température et une stabilité cyclique tout en offrant une sensibilité excellente, une réactivité rapide (60 ms) et une durabilité remarquable dans la détection de contrainte (3200 cycles). »
Le nouveau tissu est non seulement plus économique, durable et stable que les autres tissus du marché, mais contrairement aux dispositifs portables actuels qui nécessitent des recharges fréquentes, celui‑ci peut fonctionner sans source d’alimentation externe. Ainsi, la recherche démontre le potentiel énorme d’intégrer des polymères conducteurs et du MXène avec la technologie textile moderne pour l’avancement des tissus intelligents.
En notant les divers progrès réalisés dans la technologie, y compris l’IA, qui évolue rapidement pour offrir un traitement avancé du signal pour la surveillance de la santé et la conservation des aliments et des produits pharmaceutiques, Li a soutenu que toutes ces avancées reposent sur une « collecte de données complète, que les capteurs traditionnels—souvent encombrants, coûteux et peu maniables—ne peuvent pas réaliser. » Cela rend les capteurs imprimés, intégrés dans les tissus intelligents, idéaux pour la collecte et la surveillance continues de données, ajoute Li.
While this innovative fabric marks significant progress in making these applications feasible, the researchers will now focus on further improving the fabric’s capabilities and incorporating it with electronic systems. A smartphone app may also be part of this future development to track and transmit data from the fabric to healthcare professionals for real-time, non-invasive health monitoring.
Tissus Pionniers du Futur
Les avancées dans les vêtements intelligents se produisent rapidement depuis un certain temps. En 2016, des chercheurs du Georgia Institute of Technology à Atlanta ont créé un tissu à micro‑câble capable de récupérer l’énergie du soleil et du mouvement.
Pour cela, les scientifiques ont tissé du fil avec de fines cellules solaires à base de fibres et des nanogénérateurs triboélectriques. Le tissu intelligent résultant avait une couche unique de 320 μm d’épaisseur et pouvait être intégré dans des tentes, des rideaux et divers vêtements. Selon l’étude, le textile pouvait charger directement un téléphone portable et alimenter en continu une montre électronique.
Des scientifiques de NTU Singapore ont également réussi à développé un « tissu » qui transforme le mouvement du corps en électricité. Pour créer ce tissu extensible et imperméable, les scientifiques ont utilisé un polymère qui convertit la force mécanique, comme la pression ou le serrage, en énergie électrique. Le tissu possède une couche de base en spandex extensible et est également intégré avec un matériau semblable à du caoutchouc qui le rend flexible, résistant et imperméable.
Dans une expérience, l’équipe a démontré que tapoter sur un petit morceau de ce tissu produisait de l’énergie électrique capable d’allumer efficacement une centaine de LED. De plus, le lavage, le froissement ou le pliage du tissu n’affectaient pas négativement la performance et pouvaient maintenir une sortie électrique stable pendant jusqu’à cinq mois.
« Nous pensons qu’il pourrait être tissé dans des t‑shirts ou intégré dans les semelles de chaussures pour collecter l’énergie des plus petits mouvements du corps, acheminant l’électricité vers les appareils mobiles. »
–Chef d’étude Lee Pooi See, scientifique des matériaux, et professeur associé provost de NTU
Bien que les tissus intelligents fassent l’objet de nombreuses recherches et développements, leur rentabilité reste un grand défi. Leur manque de praticité, parfois, peut également poser problème.
Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont développé des textiles intelligents de nouvelle génération qui peuvent être produits à moindre coût en utilisant les mêmes machines que pour les vêtements conventionnels. Les chercheurs ont d’abord démontré que le revêtement des fibres avec des matériaux capables de résister à l’étirement peut être compatible avec les procédés de tissage conventionnels. Aujourd’hui, les textiles intelligents peuvent également être fabriqués à l’aide de processus automatisés, sans limite de taille ou de forme.
Ceci n’est que le début, car tout cet intérêt pour les textiles intelligents conduit à de nombreuses autres innovations intéressantes. Par exemple, ces progrès ont également conduit au développement d’un dispositif portable qui peut être intégré dans le tissu ou porté comme une veste. Il peut camoufler son porteur des capteurs détectant la chaleur, tels que les lunettes de vision nocturne, quel que soit le temps.
Alors que la surface du dispositif se réchauffe ou se refroidit rapidement pour correspondre aux températures ambiantes, masquant la chaleur corporelle du porteur, l’intérieur reste à la même température que la peau humaine.
Parallèlement, à l’Université nationale de Singapour, des chercheurs ont développé un dispositif de génération d’électricité à base d’humidité (MEG) utilisant du tissu, du sel marin, de l’encre carbone et un gel spécial absorbant l’eau. En maintenant une extrémité du tissu toujours humide et l’autre sèche, le tissu revêtu de carbone a généré un courant électrique capable de produire de l’électricité pendant plus de 150 heures. Fonctionnant essentiellement comme une batterie, il a fourni une puissance électrique supérieure à celle d’une batterie AA conventionnelle, montrant le potentiel d’alimenter les appareils électroniques du quotidien.
Le concept du dispositif MEG repose sur la capacité de différents matériaux à générer de l’électricité à partir de l’interaction avec l’humidité de l’air. Cela démontre son adéquation pour diverses utilisations pratiques, telles que l’électronique portable et les dispositifs de stockage d’information.
Les ingénieurs ont également fabriqué des transistors et des dispositifs électroniques à partir de fil. Une telle recherche a consisté à tisser de fins fils dans le tissu pour créer des dispositifs électroniques qui peuvent être portés sur la peau ou implantés chirurgicalement pour une surveillance diagnostique.
Les premiers transistors à base de fil (TBT) ont été combinés avec des capteurs à base de fil pour permettre la création de dispositifs entièrement flexibles et multiplexés. Le TBT ici consistait à recouvrir un fil de lin de nanotubes de carbone afin de créer une surface semi‑conductrice pour le passage des électrons, puis à le connecter à deux fines fils d’or, dont l’un était relié à un gel imprégné d’électrolyte.
Selon l’auteur de l’étude Sameer Sonkusale, professeur de génie électrique et informatique à la Tufts University School of Engineering:
« Il existe de nombreuses applications médicales où la mesure en temps réel des biomarqueurs peut être importante pour traiter la maladie et surveiller la santé des patients. La capacité d’intégrer pleinement un dispositif de surveillance diagnostique souple et flexible que le patient remarque à peine pourrait être très puissante. »
Tissus Intelligents pour S’Adapter aux Températures Changeantes
Une autre dimension des textiles intelligents explorée est le tissu adaptatif à la température, qui améliore l’efficacité énergétique en réduisant le besoin de systèmes de chauffage ou de refroidissement alimentés.
Dans ce contexte, de nouvelles recherches de la Hong Kong Polytechnic University, publiées cette semaine, présentent des vêtements robotiques souples, respirants et thermiquement isolés, capables de s’adapter automatiquement aux variations de température ambiante, contribuant à assurer la sécurité des travailleurs dans des environnements chauds.
Des recherches intéressantes de l’American Chemical Society il y a quelques années ont porté sur le développement d’un matériau qui rafraîchit le porteur sans utiliser d’électricité en transférant la chaleur et en permettant à l’humidité d’évaporer de la peau.
Avec la climatisation et d’autres méthodes de refroidissement responsables d’une part importante de la consommation d’électricité aux États‑Unis, les chercheurs ont adopté une approche ciblée, refroidissant le corps d’une personne plutôt qu’une pièce entière.
Bien que les vêtements et textiles soient déjà conçus pour cela, la plupart ont des coûts élevés, une faible capacité de refroidissement et une grande consommation d’électricité. Ainsi, les chercheurs ont créé le nouveau matériau en électrofilant un polymère, spécifiquement un polymère répulsif à l’eau, et un remplissage thermoconducteur dans des membranes nanofibreuses.
Ces membranes possédaient des pores suffisamment grands pour permettre à la sueur d’évaporer de la peau et à l’air de circuler tout en repoussant l’eau de l’extérieur. L’étude a noté qu’en plus du refroidissement personnel, la membrane pourrait également être utile pour la désalinisation de l’eau de mer, la collecte d’énergie solaire et la gestion thermique des dispositifs électroniques.
De l’American Chemical Society est également venu un nouveau textile qui non seulement vous garde au frais en été mais aussi au chaud en hiver, le rendant unique à cet égard. Bien que les textiles intelligents soient connus pour réchauffer ou rafraîchir le porteur, un tissu capable de faire les deux n’est pas vraiment courant. Ce tissu solide mais confortable ne nécessite aucune alimentation énergétique.
Pour créer ce tissu intelligent, les scientifiques ont filé par congélation du chitosane, provenant du squelette externe d’un crustacé, et de la soie, en fibres colorées à microstructures poreuses, qui sont ensuite remplies d’un polymère à changement de phase appelé polyéthylène glycol (PEG). Le fil a été revêtu de polydiméthylsiloxane afin que le PEG liquide, qui absorbe et libère de l’énergie thermique, ne s’échappe pas.
Les chercheurs ont testé le tissu, qui s’est avéré flexible, résistant et répulsif à l’eau, en le tissant dans un morceau de tissu puis intégré dans un gant en polyester. Lorsqu’il est porté par une personne et placé dans une chambre chaude (122 °F), le PEG solide absorbe la chaleur et fond en liquide, refroidissant la peau. Inversement, lorsqu’il est exposé au froid (50 °F), le PEG se solidifie, libérant de la chaleur et réchauffant la peau.
Selon les chercheurs, le tissu peut être mis à l’échelle pour la production de masse car il est compatible avec l’industrie textile existante.
Entreprises Impliquées dans les Tissus Intelligents à Récupération d’Énergie
Maintenant, examinons les entreprises qui innovent dans le domaine des tissus intelligents :
#1. Adidas
L’entreprise a lancé la première paire de ses chaussures intelligentes il y a une décennie. Les chaussures comportaient un capteur, un microprocesseur, un moteur électrique et un matériau textile électronique intelligent.
En 2021, Adidas a dévoilé sa nouvelle innovation textile, STRUNG, qui est décrite comme un processus textile et de création inédit dans l’industrie. Cette innovation permet à Adidas de concevoir et tester différentes structures avant d’envoyer le design choisi au robot STRUNG. Ce concept de produit est une chaussure entièrement guidée par les données pour un profil de coureur spécifique.
Adidas a une capitalisation boursière de 43 milliards de dollars, et ses actions se négocient à 119,58 $, en hausse de 16,74 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de -0,37, et son PER (TTM) est de -325, tandis que le rendement du dividende versé est de 0,32 %, selon CNBC. Pour le deuxième trimestre 2024, la société allemande de vêtements de sport a déclaré un chiffre d’affaires de 5,82 milliards d’euros, un bénéfice net de 196,0 millions d’euros, et une marge bénéficiaire de 3,4 %, en hausse par rapport à 1,6 % au deuxième trimestre 2023.
#2. DuPont De Nemours
Dans le domaine des vêtements intelligents, DuPont a lancé des liaisons électroniques extensibles via Intexar™. Cette technologie de vêtements intelligents transforme les tissus ordinaires en vêtements actifs et intelligents qui fournissent des données biométriques essentielles telles que le rythme cardiaque, le rythme respiratoire et la tension musculaire.
DuPont a une capitalisation boursière de 33,47 milliards de dollars, et ses actions se négocient à 80,19 $, en hausse de 4,22 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de 0,72 et son PER (TTM) de 111,16, tandis que le rendement du dividende versé est de 1,90 %, selon CNBC. Pour le deuxième trimestre 2024, l’entreprise a signalé une augmentation de 2 % des ventes nettes à 3,2 milliards de dollars et un flux de trésorerie disponible ajusté en hausse de 53 % à 425 millions de dollars.
(DD )
D’autres noms importants travaillant sur les vêtements intelligents incluent la société britannique Pireta, qui a développé un procédé additif unique ajoutant de la conductivité aux tissus sans affecter la performance ou le drapé du vêtement. Il y a ensuite la veste Solar Charged de Collebak qui absorbe la lumière pendant la journée et la restitue la nuit. L’e‑skin de Xenoma, quant à elle, est une chemise intelligente intégrée de capteurs pour surveiller les mouvements du corps et les données physiologiques. OMSignal propose des vêtements biosensoriels qui utilisent des textiles récupérant l’énergie pour alimenter les capteurs intégrés dans le tissu afin de surveiller le rythme cardiaque, la respiration et d’autres signes vitaux.
Applied Materials, Nike, SolarEdge Technologies, Smartex et Sensoria travaillent également dans ce domaine.
En Europe, plusieurs entreprises se sont réunies pour lancer le projet GRAPHERGIA, visant à transformer la façon dont l’énergie est captée dans les textiles et les systèmes de batteries. Le projet a démarré à la fin de l’année dernière pour être à la pointe des textiles intelligents qui s’adaptent au corps et se rechargent eux‑mêmes.
« Nous imaginons un monde où vos vêtements font plus que simplement être esthétiques — ils alimentent vos appareils, agissent comme capteur et vous connectent de façon transparente à l’Internet des objets (IoT). »
– Prof. Spyros Yannopoulos, coordinateur du projet GRAPHERGIA
Conclusion
Toutes ces innovations passionnantes dont nous avons parlé ci‑above font de la mode un moyen non seulement d’exprimer du pouvoir dans l’apparence mais aussi de générer littéralement de l’énergie. En intégrant les textiles avec des récupérateurs d’énergie, nous pouvons également disposer de solutions d’énergie portable respectueuses de l’environnement, omniprésentes et durables.
Les tissus à haute efficacité énergétique émergent clairement comme le futur de la mode, ouvrant un tout nouveau monde de technologie portable. La seule limite ici est notre imagination.
Cliquez ici pour en savoir plus sur les appareils portables auto‑chargés.
