Le sac à dos transforme le mouvement en électricité

Le déplacement de la charge portée par un marcheur peut être traduit en énergie électrique. La puissance disponible est suffisante pour alimenter un téléphone ou un GPS.

L'autonomie des équipements électroniques mobiles a beaucoup progressé, mais elle reste une contrainte en milieu isolé. Sauveteurs, scientifiques sur le terrain, militaires ou simples randonneurs, n'ont d'autre choix que se charger de réserves de piles... Plutôt que d'augmenter le poids du sac à dos, une équipe de chercheurs a trouvé le moyen d'utiliser la charge pour produire de l'électricité. Le département de biologie de l'université de Pennsylvanie a en effet montré, dans un article paru dans la revue Science, qu'en récoltant une partie de l'énergie déployée par le marcheur et son sac à dos, on pouvait obtenir jusqu'à 7 watts de puissance électrique. C'est suffisant pour alimenter un téléphone ou un GPS, qui nécessitent moins d'un watt.

Ce n'est pas la première fois que l'on s'efforce d'utiliser l'énergie du marcheur. Par exemple en plaçant des cristaux piézo-électriques dans la chaussure. Mais la puissance obtenue est très faible : 20 milliwatts. Le sac à dos produit de l'énergie à une échelle nettement plus utilisable. Et ses inventeurs viennent de créer une entreprise, Lightning Packs, pour développer des produits à partir du prototype. Son principe est élémentaire : la charge du sac est suspendue entre des ressorts, et c'est son oscillation pendant la marche qui produit l'énergie mécanique transformée par un générateur.

Le marcheur, en effet, se comporte comme un « pendule inversé » : à chaque pas, le corps pivote sur une jambe, ce qui provoque un mouvement vertical de la hanche de quelques centimètres. Le sac fixé au dos du marcheur suit la même trajectoire. Si la charge est lourde, l'énergie dépensée pour ce déplacement est loin d'être négligeable. Pour en récupérer une partie, les chercheurs ont donc imaginé de découpler la charge de l'armature du sac, en l'attachant à une plaque mobile suspendue par des ressorts, et qui oscille à chaque pas. Une crémaillère solidaire de la plaque actionne un engrenage qui entraîne un générateur électrique. Le système a été testé avec 6 marcheurs portant des charges de 20 à 38 kilos. La puissance électrique maximale obtenue a été de 7,4 watts. Elle augmente avec la vitesse de la marche, et la charge du sac. En revanche, les chercheurs ont calculé que l'efficacité de la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique était à peu près constante, de l'ordre de 30 à 40 %. Pour être utilisé en pratique, le système, qui produit du courant alternatif, doit être complété par un dispositif de rectification.

Evidemment, produire de l'électricité emande plus d'énergie au marcheur. Le laboratoire a mesuré la consommation d'oxygène et la production de CO2 des marcheurs, avec le dispositif en marche ou à l'arrêt, afin d'évaluer l'évolution de leur métabolisme. Le résultat est surprenant : le surplus d'énergie mécanique lié à la production d'électricité par le marcheur est bien moindre que prévu ! En fait, les chercheurs s'interrogent encore sur l'explication de cette bonne surprise, mais tout se passe comme si le système de charge suspendue modifiait la marche dans le sens d'une réduction de l'énergie métabolique totale consommée. Enfin, soucieux de valider au mieux leur invention, le laboratoire américain a même calculé que le poids de la nourriture supplémentaire nécessaire au marcheur, pour produire son électricité, est négligeable par rapport à celui de piles qui fournirait la même énergie...