Convertir en électricité la chaleur perdue (ou fatale) est un des objectifs de recherche accompagnant la transition énergétique de nos sociétés. La thermoélectricité permet de convertir directement la chaleur en électricité. Pour ceci, un matériau thermoélectrique doit idéalement posséder à la fois une faible conductivité thermique et une forte conductivité électrique.

Découverts il y a une vingtaine d'années, des alliages à « haute entropie » sont considérés comme prometteurs pour la thermoélectricité en raison de leur faible conductivité thermique. Ils se situent à mi-chemin entre les matériaux cristallins et amorphes. Leur composition chimique varie de manière aléatoire dans chaque maille cristalline mais l'ordre géométrique à longue distance est préservé. Comme dans tous les milieux cristallins, la chaleur y est transportée de proche en proche par conduction, sans déplacement de matière, et les transferts thermiques se font sous la forme  d'ondes de vibrations d'atomes qui se propagent : les phonons.  

Dans un travail collaboratif mené à l'Institut lumière matière (CNRS-Université Lyon 1) et au Laboratoire Léon Brillouin (CNRS-CEA), des physiciens de l'Iramis ont utilisé des techniques de spectroscopie de neutrons et de rayons X pour étudier, par comparaison avec un solide cristallin chimiquement ordonné ou amorphe, comment sont modifiées les vibrations du réseau cristallin d'un mélange Fe-Co-Cr-Mn-Ni formant un cristal de haute entropie macroscopique.

Ils observent que les phonons de cet alliage sont affectés par le désordre chimique. Ils se propagent comme dans un cristal ordonné, mais le désordre dans les interactions chimiques entre atomes voisins atténue très fortement ces ondes, empêche leur propagation sur un grand nombre de mailles cristallines, limitant la diffusion de la chaleur. Enfin, le désordre chimique perturbe également le transport des électrons libres, ce qui abaisse la conductivité électrique et contribue à réduire encore la conductivité thermique.

Les scientifiques souhaitent désormais explorer d'autres alliages à haute entropie qui pourraient produire une conductivité électrique élevée, tout en conservant une faible conductivité thermique. 

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