Qui a dit que l’art et la science n’avaient rien en commun? Des scientifiques de l’Université du Michigan, aux États-Unis, viennent de prouver que ces deux domaines pouvaient gagner à être mis en commun. Les Américains a en effet mis au point un panneau solaire pour toiture dont le design, inspiré de l’art japonais du Kirigami, permet de renforcer son efficacité.

Une forme spécifique pour capter le soleil tout au long de la journée

C’est au cœur de l’État du Michigan, dans le Midwest des États-Unis, qu’un groupe de chercheurs universitaires a trouvé un moyen original d’accentuer l’efficacité des panneaux photovoltaïques. Un article qui s’intéresse à leur travail, publié mardi 15 septembre dans la revue Nature Communication, explique en effet comment le kirigami, un art japonais qui implique à la fois pliages et découpes, a permis de mettre au point un panneau solaire au design tout aussi original qu’efficace.

Ces chercheurs américains ont utilisé un substrat de kapton (un film de polymère à base d’imide) afin de créer un panneau solaire dont les cellules sont suffisamment souples pour être étirables et inclinables. Sur la partie supérieure de ce dispositif, ils ont appliqué des coupes et des entailles, afin de donner à l’ensemble une structure en treillis (voir photo) lorsqu’elle est étirée.

L’objectif de l’opération est de donner au panneau solaire un relief modulable, grâce à un petit moteur, lui permettant de capter au mieux les rayons du soleil de l’est (au moment du lever) jusqu’à l’ouest (au moment du coucher), et ce sans avoir à utiliser un système de trackers souvent encombrant et pour cette raison difficilement utilisable sur une toiture. Après plusieurs tentatives de pliages complexes, le modèle le plus simple a finalement été retenu pour ses performances optimales.

Une production améliorée de 36% par rapport à un panneau solaire classique

Lors des périodes tests, en plein solstice d’été dans l’Arizona, les chercheurs universitaires ont en effet pu constater que leur cellule kirigami était aussi efficace qu’un tracker mono-axe. Ils ont également remarqué qu’elle offrait une amélioration de 36% par rapport au rendement d’un panneau solaire classique fixe.

“L’application d’une coupe spécifique kirigami permet de créer des bandes dans une cellule solaire. En tirant les deux extrémités dans des directions opposées, les bandes s’inclinent et adoptent un angle spécifique. L’ensemble de la structure se transforme sans que les bandes individuelles jettent une ombre sur les bandes voisines, et que l’ondulation ne porte atteinte à la performance”, explique Max Shtein, co-auteur de l’étude et professeur de science des matériaux et de l’ingénierie à l’Université du Michigan.

Si le système nécessaire pour étirer les cellules de ce panneau solaire ne consomme que peu d’énergie (et ne nécessite donc qu’un moteur de très petite taille), les scientifiques à la base de cette invention reconnaissent qu’il reste encore du travail pour que des cellules kirigami sortent du cadre du laboratoire. Si le concept a du potentiel pour rendre les toits équipés de panneaux solaires plus efficaces, c’est plutôt du côté de l’aérospatial qu’il pourrait trouver une application dans un futur proche.

Crédit photo : Aaron Lamoureux