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Tuesday, 24 April , 2007 / ermes

Recharger le monde


Mesdames et messieurs, je vous propose un article publié dans “Le Figaro” du 13 avril 2007. Tout simplement, il s’agit de comprende si nous sommes en train de songer… ou c’est la vie qui est incroyablement imprévisible!

energie-eternelle.gifNaissance d’une “batterie” révolutionnaire
Gérard Nicaud

Dans quelques semaines, près de Boston (États-Unis), va naître ce qui pourrait bien être l’invention la plus marquante de ce début de siècle en matière de lutte contre les émissions de gaz carbonique (CO2). Cela fonctionne comme une batterie, à ceci près que la recharge est très rapide et surtout indéfinie. C’est le « nanocondensateur ».

« DANS TROIS MOIS, nous aurons réalisé un premier prototype de nanocondensateur », déclare au Figaro le professeur Joël Schindall, directeur associé du Laboratoire pour les systèmes électromagnétiques et électroniques (LEES), au MIT – le célèbre Massachusetts Institute of Technology. De l’art de faire du neuf avec du vieux : le condensateur, c’est l’ancêtre de la batterie. Il fut conçu en 1745 par le Belge Peter van Musschenbroek. Pour la première fois dans l’histoire, l’homme parvenait à stocker l’électricité. La pile, ou batterie (de piles), conçue par Alessandro Volta, ne verra le jour qu’un demi-siècle plus tard, en 1800, mais sa capacité supérieure de stockage lui permit de détrôner le condensateur, le reléguant à des niches spécifiques, comme la réception des ondes radio.

Sans rentrer dans le détail, il faut savoir que la « capacité » de stockage d’un condensateur est limitée par sa surface. Les chercheurs du monde entier travaillent depuis plusieurs années déjà à augmenter cette surface. Une première réponse a été apportée par le carbone, un matériau très poreux. Mais les pores sont irréguliers et l’énergie stockée ne dépasse pas le dixième de ce qu’emmagasine une batterie.

C’est là que jaillit la fulgurance du professeur Schindall. Cela repose sur le principe de la serviette éponge. Au sortir du bain, il ne viendrait à personne l’idée de se sécher avec un drap en lin. La serviette dispose en effet de fibres longues pour capter les gouttes d’eau. Joel Schindall avait entendu parler, en 2003, des « nanotubes », de microscopiques * filaments cylindriques de carbone. Au microscope électronique, on dirait des rouleaux de grillage en nid-d’abeilles. Ces tubes sont d’une extrême finesse. Leur diamètre est 30 000 fois inférieur à celui d’un cheveu. Mais ils sont longs, très longs, puisqu’ils mesurent environ 60 000 fois leur diamètre. À proportion égale, un cheveu aurait trois mètres de long !

Un prototype attendu comme le messie

L’idée de Schindall est donc de tapisser les électrodes d’une chevelure de nanotubes, ce qui accroît considérablement la surface. Ainsi revêtu, un « nanocondensateur » peut stocker environ les deux tiers de la capacité d’une batterie lithium-ion (la plus performante) de même taille. Mais il est plus léger d’un tiers, peut se recharger en quelques minutes, voire quelques secondes, suivant l’intensité du courant (c’est-à-dire le nombre d’ampères), et surtout n’a que très peu de « mémoire de charge » : 600 000 cycles de charge-décharge. Pour un téléphone portable, rechargé toutes les 48 heures, cela assure un fonctionnement pendant… trois millénaires avant une légère baisse de performances !

Le prototype de Joël Schindall et de ses collègues, John Kassakian et Riccardo Signorelli, est attendu comme le messie par les industriels, notamment américains, japonais, allemands. Dans tous les domaines. Dans le spatial tout d’abord où la longévité est primordiale et la notion de prix secondaire. Car, bien sûr, au début, un nanocondensateur sera plus cher à fabriquer qu’une batterie produite industriellement.

Pour les téléphones mobiles, l’apport est moins décisif, explique Joël Schindall, car « la durée de vie des modèles est la même que celle des batteries ». À ceci près que le temps de recharge est beaucoup plus court. Un atout pour les ordinateurs portables, voire d’autres appareils aujourd’hui reliés au mur par un cordon électrique (perceuse, aspirateur, tondeuse…).

Mais pour le professeur Schindall, le grand enjeu, c’est l’automobile, confrontée au renchérissement du prix du pétrole et à la nécessité de diminuer ses rejets de gaz à effets de serre. « Dans un véhicule comme la Prius, les nanocondensateurs pourraient procurer une autonomie de 160 kilomètres environ (2). Dans le futur, le rayon d’action augmentera et les stations-service disposeront de prises de courant à très forte intensité (1 000 ampères), ce qui permettra de recharger en quelques minutes, contre quelques heures sur le courant domestique. » Cerise sur le gâteau bio, le recyclage est plus aisé que pour les batteries en l’absence de métaux ou de liquides toxiques.

Ne croyez pas qu’il s’agisse de la vision idéalisée d’un professeur Nimbus reclus dans son laboratoire. Aux États-Unis, les chercheurs doivent trouver le financement de leurs travaux dans le privé et le premier sponsor, à hauteur de quelques centaines de milliers de dollars, de la recherche menée par la petite équipe de Joël Schindall n’est autre que Ford.

* Nano signifie milliardième. Un nanomètre vaut un millionième de millimètre.

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  1. ermes / Apr 29 2007 10:48 AM

    Wireless energy makes wireless devices look easy
    April 28, 2007 – The Economist

    The most ubiquitous accessory for wireless devices is the wire used to power them. That limitation could be overcome by using electromagnetic waves to transfer energy. The idea has been around since soon after their discovery: Michael Faraday found in the 1830s that changing a magnetic field induces an electrical current in a nearby wire. One of the first patents registered in the 1890s by Nikola Tesla, one of Edison’s former assistants, was for “radiant energy”. The pioneers of radio were also those of electricity; the two disciplines were initially one.

    Much of the research on wireless energy transfer lay fallow for a century. It was difficult and dangerous, and there was no immediate need. But the proliferation of small wireless devices has sparked new interest in the idea. “Nobody wants to have to change the batteries in their door,” says Tim Fowler of Cambridge Consultants, a wireless engineering firm.

    There are several kinds of wireless energy transfer. One, dubbed “radiative”, involves generating an electromagnetic field. A special receiver picks up a bit that has not naturally dissipated in the air and converts it to electricity. The energy can travel nearly three metres (ten feet) to keep a small battery charged, but most of it is lost before it gets to the receiver and the power supplied is extremely low. The technology, pioneered by Powercast in Philadelphia, will be deployed for the first time this year by Philips, for lights on things like Christmas decorations.

    A second technique relies on magnetic fields. It is still at an experimental stage and works using resonance. When two objects resonate at the same frequency, they transfer energy well—just as a child easily maintains momentum on a swing when he uses his legs to move in synch. The use of magnetic resonance allows energy to be transferred in useful quantities and almost entirely to the device. But again it can travel only a few metres. Even so, ever since its inventor, Marin Soljacic of MIT, presented his work at a conference last autumn he has been besieged by calls from venture capitalists.

    Another way of transferring energy, called “inductive coupling”, is not so much wireless as plugless. Power is sent on almost direct contact, for example, with a mat on which gadgets can be placed to recharge. This system, with a few variations, is used by start-ups such as Splashpower in Britain and WildCharge and Fulton Innovation in America. It avoids the need for cables and connectors to charge gadgets and can be built into many surfaces, such as car dashboards or office furniture.

    It helps that computer chips now need much less power than they used to. Gene Frantz at Texas Instruments calculates that the power requirements of a chip of a given capacity roughly halve every 18 months, a less-noticed corollary to Moore’s law. Despite the advances, power consumption remains a serious constraint. The amount of energy a battery can store per unit volume is increasing by 8% a year, but the needs of ever more powerful electronic devices are going up more than three times as fast.

    Another method is to “harvest” energy from the environment, converting heat, light or vibrations that occur naturally. For example, sensors in a skyscraper could be powered by the normal sway of the structure. And certain materials are “piezoelectric”, meaning that they naturally become deformed by heat or vibrations, generating an electrical current that can be captured and stored. The technology is young but advancing fast. Commercial products are already being sold by a host of companies such as Perpetuum in Britain and Ferro Solutions, Midé Technology, KCF, TPL and MicroStrain in America. The hiccup is that very little energy is generated and the harvesting mechanisms are sometimes larger than the devices they power.

    Yet another solution could be fuel cells. Unlike batteries, which simply store energy, fuel cells actually generate it from volatile stuff such as hydrogen or methanol. Basic versions of the technology already exist to recharge devices such as mobile phones. But just try getting on board an aircraft with a full-fledged fuel cell in your laptop.

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