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Posté par Michel le Jeudi 06/12/2007 à 00:00
Une nouvelle piste pour le stockage de l'hydrogène dans les voitures
Les recherches sur les voitures à hydrogène pourraient faire un bond en avant grâce à une nouvelle forme de borohydrure de lithium, découverte par des scientifiques à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility).

Le matériau, le borohydrure de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.), qui contient 18% d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), est un bon candidat pour les systèmes de stockage d'hydrogène. Son défaut principal est qu'il libère son hydrogène seulement à des températures relativement élevées (au-dessus de 300 °C). L'équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) à l'ESRF a trouvé une nouvelle forme de ce composé qui pourrait peut-être libérer l'hydrogène à des températures plus douces. Cette découverte, qui bouleverse les prévisions théoriques, vient d'être publiée, dans Angewandte Chemie.


La structure cristalline de la nouvelle phase de LiBH4

L'industrie 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 marchandises, elle est équipée en conséquence....) fait des recherches considérables sur les voitures (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 marchandises, elle est équipée en conséquence....) du futur, des voitures moins polluantes que maintenant, qui utiliseraient comme source 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.) la combinaison (Une combinaison peut être :) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et d'hydrogène. Ces voitures ne feraient donc pas appel aux produits pétroliers et seraient parfaitement écologiques, puisque le résultat de la combinaison oxygène/hydrogène, c'est de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). La principale difficulté aujourd'hui est de trouver un système capable de stocker l'hydrogène (l'oxygène étant disponible dans l'air) et de libérer cet hydrogène facilement.

Les scientifiques de la station expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...) suisse-norvégienne de l'ESRF étudient actuellement différents composés d'éléments légers comportant de l'hydrogène et les différentes formes qu'ils prennent selon la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) et 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.). Le borohydrure de lithium, LiBH4, est l'un des composés étudiés car il contient une proportion importante d'hydrogène (18 % en poids). Le nouvel état de ce composé, que les scientifiques viennent seulement de découvrir, est prometteur car il semble être instable. Jusqu'à maintenant, toutes les formes connues de ce composé sont trop stables, ce qui signifie qu'elles ne laissent pas l'hydrogène s'échapper. "Cette nouvelle forme est réellement inattendue, et elle a beaucoup de potentiel" rapporte Yaroslav Filinchuk, l'un des auteurs de l'article.

Afin d'obtenir de nouvelles formes de borohydrure de lithium, l'équipe a soumis l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) à des pressions allant jusqu'à 200 000 atmosphères. La pression de 200 000 atmosphères appliquée au LiBH4 dans l'expérience réalisée à l'ESRF, est environ 80 fois plus forte que la pression exercée par l'Everest (EVEREST (anciennement AIDA32 racheté par Lavalys fin décembre 2003), est un logiciel en français qui affiche de nombreuses informations détaillées à propos de l'ordinateur sur lequel il est...) sur la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).) (cette dernière est à peu près équivalente à 2 500 atmosphères). Bien qu'impressionnant, ce chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) n'est pas un record ? de plus fortes pressions peuvent être atteintes dans le laboratoire en utilisant la même technique de cellule à enclume de diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le...), mais cela n'était pas nécessaire pour cette expérience.

Les techniques de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par...) en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) ont permis de déterminer l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) dans les différentes formes du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) testé. De cette façon deux nouvelles structures de borohydrure de lithium ont été découvertes. L'une d'entre elles est réellement inattendue et révèle des distances extrêmement courtes entre les atomes d'hydrogène.

Les recherches effectuées à la fois sur le plan expérimental et théorique montrent que la nouvelle forme du LiBH4 peut libérer de l'hydrogène à des températures plus basses. Filinchuk explique que "la nouvelle structure est bien plus intéressante si l'on considère le fait qu'elle apparaît déjà à 100 000 atmosphères, qui est la pression utilisée par les entreprises pharmaceutiques pour comprimer les pilules". Les auteurs de l'article pensent que l'on pourrait arriver à stabiliser cette structure grâce à des substituts chimiques, et cela même à température ambiante. La prochaine étape pour l'équipe va maintenant consister à appliquer des techniques de génie chimique au composé pour "geler" la nouvelle structure à des conditions ambiantes et de vérifier qu'elle montre des propriétés de stockage de l'hydrogène plus favorables que le borohydrure de lithium pur.

Bien qu'en général l'hydrogène ne soit pas très facilement détecté par les rayons X, les scientifiques ont réussi à le voir grâce à la forte brillance de la lumière synchrotron de l'ESRF. Même si les études théoriques n'avaient pas réussi à prédire l'existence de cette nouvelle structure, elles arrivent aux mêmes conclusions. Ces recherches présentent une avancée dans les études expérimentales de ce système riche en hydrogène, expliquent l'échec des prévisions théoriques précédentes et suggèrent que ce nouveau composé soit utilisé pour le stockage de l'hydrogène.

La lumière synchrotron ayant démontré ses possibilités sur ce type de matériau, l'équipe de la station expérimentale suisse-norvégienne de l'ESRF va donc continuer à étudier ces composés et à développer des applications potentielles auxquelles, jusqu'ici, on ne croyait pas.

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Source: ESRF et EurekAlert
Illustration: ESRF Y. Filinchuk, D. Chernyshov, A. Nevidomskyy, V. Dmitriev