Des batteries lithium-ion trois fois plus efficaces

Dans nos smartphones et dans nos véhicules électriques. Les batteries sont partout et nous leur en demandons toujours plus. Les chercheurs travaillent à améliorer leur efficacité. Une équipe annonce aujourd’hui avoir fait une découverte capitale en la matière.

Parmi les facteurs limitant les performances des batteries lithium-ion de nos téléphones portables : leur cathode. Généralement, les matériaux qui les composent sont qualifiés de matériaux d’intercalation. Ils exploitent un principe qui reste limité comparé aux possibilités du processus de conversion. Une réaction plus complexe et plus efficace qui peut être obtenue en ayant recours à des matériaux tels que le trifluorure de fer (FeF3).

Pourtant, ce matériau n’a jamais intégré nos batteries. En cause, une efficacité énergétique finalement moindre ainsi que des réactions primaires ralenties et des réactions secondaires affectant négativement la durée de vie de l’ensemble.

Cathode batterie lithium-ion

Substituer une partie des atomes de fer et de fluor du FeF3 par des atomes de cobalt et d’oxygène empêche le lithium de rompre les liaisons chimiques et préserve la structure du matériau au cours des cycles de charge/décharge (Source : Brookhaven National Laboratory).

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La matière noire pourrait ne pas être complètement noire

Par définition, la matière noire ne peut pas émettre de lumière. Pour un physicien, elle ne peut pas être couplée à un champ électromagnétique, par exemple en étant chargée. Pourtant, des modèles de matière presque noire, avec des particules possédant une infime fraction de la charge électrique de l’électron, ont été proposés.

Au début des années 2000, beaucoup de physiciens et d’astrophysiciens auraient sans doute parié que la détection directe ou indirecte des particules de matière noire allait survenir au tout début des années 2010 au plus tard. Mais, depuis presque une décennie, les déceptions s’accumulent.

En effet, des détecteurs enterrés sous des kilomètres de roches aux satellites en orbite cherchant des traces d’annihilation des particules de matière noire, en passant, bien sûr, par les détecteurs géants du LHC, aucune de ces particules ne s’est montrée. Nous en avons eu un nouvel exemple récemment avec les derniers résultats de Xenon1T. Pourtant, la matière noire est incontournable en cosmologie pour expliquer les caractéristiques du rayonnement fossile et la naissance des grandes structures regroupant les amas de galaxies ; aucune alternative crédible n’est connue.

En fait, tous les résultats infructueux de la chasse aux particules de matière noire ne sont pas totalement négatifs, car, à défaut de nous dire ce que seraient ces particules, ils nous disent ce qu’elles ne sont pas. Les chercheurs considèrent donc des modèles parfois de plus en plus exotiques. Un bon exemple est donné dans un article publié dans Nature et dont le contenu peut être étudié grâce à d’autres articles disponibles en accès libre sur arXiv. Il y est question d’une théorie proposée notamment par Julian Muñoz, de l’université Harvard (États-Unis), en compagnie de son célèbre collègue Avi Loeb, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), bien connu pour l’originalité de ses idées.

Planck rayonnement fossile

La carte la plus précise du rayonnement du fond diffus cosmologique tracée par le satellite Planck de l’ESA (Source : ESA/collaboration Planck/D. Ducros).

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L’air du désert transformé en eau potable

Réussir à capter l’eau que porte l’air pourrait être une bonne solution pour remédier aux problèmes des personnes qui vivent dans les zones les plus arides de la planète. Encore faut-il proposer un système efficace et bon marché. Une équipe américaine semble en bonne voie.

En 2017, une équipe de l’université de Berkeley (États-Unis) avait annoncé la mise au point d’une technologie capable d’extraire de l’eau potable de l’air, même lorsque le taux d’humidité de celui-ci est bas. Aujourd’hui, elle présente les résultats concluants d’une expérimentation menée dans le désert de l’Arizona (États-Unis).

Au cœur du système, un réseau organométallique (MOF), un matériau nanoporeux cristallin constitué d’ions métalliques reliés par des groupes organiques. Un MOF de la taille d’un morceau de sucre peut ainsi comporter suffisamment de pores pour présenter une surface interne de quelque six terrains de football. De quoi absorber facilement gaz et liquides, et les libérer tout aussi facilement une fois chauffé.

Air du désert transformé en eau

À défaut de pouvoir faire tomber la pluie dans les zones arides, des chercheurs proposent d’extraire l’humidité de l’atmosphère pour la transformer en eau potable (Source : Stephen McNally/Université de Berkeley).

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La plus grande batterie de stockage électrique du monde s’installe en Guyane

En Guyane, cette centrale solaire exploite un stockage sous forme de batteries et d’hydrogène comprimé, de capacité exceptionnelle, afin de lisser la production. L’installation sera compétitive face aux autres sources d’électricité, comme l’explique Sylvain Charrier, responsable de HDF Energy.

Plus grosse que celle de Tesla : Hydrogène de France (HDF Energy) va construire en Guyane la plus grosse centrale du monde de production et stockage d’électricité renouvelable. Son parc de panneaux photovoltaïques de 55 MW sera couplé avec une capacité de stockage de 120 MWh à base d’hydrogène, plus un stockage d’appoint par batteries lithium-ion de 20 MWh. Soit 140 MWh au total, contre 129 MWh pour celle de Tesla, située en Australie.

« L’alliance de deux technologies de stockage permet de profiter des avantages de chacune, détaille Sylvain Charrier, le directeur du développement de HDF pour l’Outre-mer. L’hydrogène stocke l’énergie sur de longues périodes, tandis que les batteries sont capables de restituer l’électricité très rapidement, dans la milliseconde. » L’électricité solaire sert à hydrolyser de l’eau, produisant de l’hydrogène (et de l’oxygène), stocké sous forme de gaz comprimé dans de grands conteneurs de 12 mètres de long. L’opération inverse produit de l’électricité dans une pile à combustibles. Ainsi, « la centrale ne rejettera que de l’oxygène et de la vapeur d’eau », assure Sylvain Charrier.

Container HDF Energy

L’électricité solaire est stockée sous forme de gaz comprimé dans des bouteilles empilées à l’intérieur de conteneurs de 12 mètres de long (Source : HDF Energy).

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Soie d’araignée : les secrets de sa résistance enfin révélés

La soie d’araignée présente des qualités exceptionnelles que les scientifiques aimeraient reproduire. Avant cela, il faut comprendre le mécanisme qui préside à sa formation. Et une équipe japonaise semble avoir fait un pas de plus en ce sens.

Extrêmement résistante et en même temps, étonnamment flexible, la soie d’araignée intrigue autant qu’elle intéresse les chercheurs. Car une telle soie, produite à grande échelle, pourrait trouver bien des applications. Encore faut-il comprendre les mécanismes de sa formation. Et c’est ce que des chercheurs de Riken, un institut de recherche japonais, pensent avoir fait.

Rappelons que le fil de traîne produit par les araignées est composé, aux deux tiers quasiment, de protéines filamenteuses – les fibroïnes – elles-mêmes formées notamment d’un empilement de feuillets bêta. Ce sont ces feuillets justement qui confèrent à la soie d’araignée sa résistance hors du commun. Les scientifiques se sont donc interrogés sur leur formation.

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Énergie : des niveaux records grâce à des champs magnétiques élevés ?

Convertir efficacement la chaleur en électricité, les chercheurs en rêvent depuis longtemps. Et une équipe propose aujourd’hui un modèle qui pourrait bien augmenter considérablement le potentiel de la thermoélectricité… grâce à l’application de champs magnétiques.

Alimenter une voiture grâce à la chaleur dégagée par son moteur, produire de l’électricité à partir de la chaleur aujourd’hui gaspillée par les réacteurs nucléaires… une belle idée. Encore faut-il trouver un matériau suffisamment efficace en la matière pour le rendre intéressant dans le cadre d’applications concrètes.

C’est ce que des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) semblent avoir trouvé. Dans la théorie du moins. Car leurs calculs concluent que l’efficacité thermoélectrique d’un semi-métal topologique comme le séléniure d’étain-plomb devrait être de cinq fois supérieure à celle des matériaux thermoélectriques connus les plus puissants. À condition toutefois que l’exposer à un intense champ magnétique…

Thermoélectricité champ magnétique

De la chaleur, un champ magnétique élevé et un semi-métal topologique. C’est la solution proposée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) pour rendre la thermoélectricité rentable.

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Après le décès de Pierre Binétruy, la traque des ondes gravitationnelles continue

Début mai 2018, des collègues et amis du grand physicien français Pierre Binétruy, comme Mary K. Gaillard, Gabriele Veneziano et le prix Nobel de physique George Smoot, se sont réunis pendant deux jours pour honorer sa mémoire avec de nombreuses conférences. Figure marquante dans le domaine des astroparticules et des recherches sur les supersymétries, Pierre Binétruy s’était impliqué dans la chasse aux ondes gravitationnelles en France et dans la vulgarisation de la physique qu’elles impliquent, celle des trous noirs et de la relativité générale d’Einstein.

Du 3 au 4 mai 2018, plusieurs grands noms de la physique des particules et de la cosmologie se sont retrouvés pour rendre hommage au physicien Pierre Binétruy, mondialement célèbre dans le domaine de la physique des hautes énergies et des astroparticules. Le grand public le connaît sans doute avant tout pour le Mooc Gravité! Du big bang aux trous noirs qu’il a animé conjointement avec l’un des lauréats du prix Nobel de physique 2006, George Smoot, l’un des architectes de la célèbre mission menée par le satellite Cobe. Elle avait ouvert l’étude fine du rayonnement fossile (avant les missions WMap et Planck) comme l’a relaté Smoot dans son ouvrage : Les Rides du temps.

Le Mooc et sa version anglaise ont eu un succès international sur la toile, de sorte que les cours de Pierre Binétruy et George Smoot ont touché des milliers d’internautes (96.000 inscrits). Pierre Binétruy avait aussi écrit un ouvrage pouvant accompagner ce Mooc et intitulé À la poursuite des ondes gravitationnelles, que Dunod avait publié quelques mois après l’annonce retentissante de la première découverte des ondes gravitationnelles, émises par une fusion de trous noirs, à l’aide des détecteurs de Ligo aux États-Unis.

Futura s’était tourné vers Pierre Binétruy à cette occasion pour en savoir plus. Il nous avait accordé une longue interview expliquant l’importance de cette découverte. Il nous avait aussi expliqué les raisons qui l’ont conduit à passer de l’étude des conséquences phénoménologiques des théories au-delà du modèle standard, juste après la révolution des théories de jauge des années 1970, à son engagement dans le développement d’un autre détecteur d’ondes gravitationnelles, européen et qui opérera dans l’espace : eLisa.

Affiche journées Pierre Binétruy

L’affiche de la conférence dédiée à la mémoire de Pierre Binétruy (Source : APC).

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