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Posté par Adrien le Mardi 21/04/2015 à 00:00
Une pile au sodium pour répondre aux besoins énergétiques de demain ?

MM. Rousseau et Côté rappellent que la demande d'énergie n'a cessé de croître.
Un nouveau matériau à base de fluor et de fer pourrait permettre de concevoir une pile qui fonctionnerait au sodium et dont les capacités d'emmagasinage énergétique seraient comparables à celles des piles au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.), mais à moindre coût.

Le sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état...) étant un élément abondant et peu cher, il serait même envisageable de fabriquer des piles capables de stocker d'immenses quantités d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) pour alimenter des quartiers, voire des villes, au moment d'une panne par exemple.

Partant de ce constat, le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) postdoctoral Bruno Rousseau, sous la supervision des professeurs Michel Côté et Normand Mousseau, du Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de l'industrie, de la culture, de la finance et des affaires...), s'est mis à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) du meilleur matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une...) pour mettre cette idée en pratique.

Une vision de l'avenir

Au cours des dernières décennies, la demande mondiale en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) de stockage d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) n'a cessé de croître, notamment dans les sociétés développées désireuses de s'affranchir de la dépendance aux énergies fossiles.

Ainsi, pour des raisons de sécurité énergétique évidentes, le Japon met actuellement au point (Graphie) des technologies visant à doter les habitations d'une pile rechargeable pouvant assurer une autonomie des ménages de quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. Unités et...) à quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) en cas de panne de courant.

"On peut aussi penser qu'il sera possible de stocker de l'énergie à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une...), comme dans un bâtiment de la taille d'un Walmart où seraient groupées d'énormes piles qu'on chargerait la nuit et dont on se servirait pour répondre à la demande d'électricité aux heures de pointe et atténuer la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) sur les infrastructures de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des...) d'énergie", illustre M. Rousseau.

On pourrait également y emmagasiner l'électricité produite au moyen des énergies renouvelables pour pallier l'apport intermittent de l'énergie fournie par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur...) ou les rayons du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) ou encore pour alimenter un parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la...) automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de...) électrifié plus étendu.

Pile au sodium : énergie à moindre coût

Pour parvenir à réaliser semblables projets, "il faut une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) efficace de stockage énergétique de haute capacité pouvant être déployée à grande échelle, et cette technologie doit reposer sur des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) abondants et peu coûteux", précise le chercheur.

"Nous avons misé sur le sodium pour l'élaboration de la pile parce que cet élément abonde dans la nature et nous essayons de découvrir le matériau idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon...) qui permettrait aux ions de sodium de voyager aisément dans la pile, tant pour la charger que pour la décharger", explique Bruno Rousseau.


Dans cette illustration de la structure cristalline du matériau proposé, les sphères jaunes représentent les ions de sodium intercalés dans la cathode. L'espace dont les ions de sodium disposent pour entrer et sortir de la structure indique une bonne conductivité. La structure est aussi composée d'ions de fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du premier élément de la famille des halogènes, de masse atomique 19.) (petites sphères bleues), de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le...) (polyèdres bruns) et de zirconium (polyèdres verts).
À la recherche de la cathode idéale

Une pile comporte trois composants: une anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la...) (source d'ions positifs "voyageurs"), une cathode (hôte où viennent s'intercaler les ions voyageurs lors de la décharge de la pile) et un électrolyte, qui facilite le transport des ions voyageurs de l'anode vers la cathode.

Dans le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) de recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche...) qu'a mené Bruno Rousseau, l'objectif consistait à simuler par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits...) les réactions de la cathode en présence des ions de sodium libérés par l'anode.

Résultat ? "Les modèles montrent une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) énergétique analogue à celle obtenue avec le lithium, de même qu'une stabilité énergétique et une efficacité du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de...) des ions voyageurs de sodium pendant la recharge et la décharge", indique-t-il.

De plus, le matériau de la cathode demeure stable et est peu enclin à la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont privés de vie, dégénèrent...) spontanée que provoque le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par...) sur bon nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'éléments.

"Notre recherche porte sur plusieurs matériaux afin de désigner les candidats qui pourront être ultérieurement étudiés en profondeur, conclut M. Rousseau. La réaction du matériau proposé nous indique que nous allons dans la bonne direction et il faut maintenant synthétiser la structure pour valider notre découverte."

Soulignons que le projet, d'une durée de deux ans, a été effectué en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de recherche d'Hydro-Québec (Hydro-Québec est une société d'État appartenant au gouvernement du Québec. Elle est responsable de la production, du transport et de la distribution de...) et Mitacs, dont Bruno Rousseau est boursier.

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Source: Martin LaSalle - Université de Montréal
 
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