De nouvelles batteries pour les nanosatellites
Publié par Redbran le 14/10/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS
Une nouvelle solution pour alimenter les nanosatellites en énergie améliore leur fiabilité et leur efficacité à moindre coût

Entre la fin des années 1990 et 2012, environ 10 petits satellites (Satellite peut faire référence à :) ont été lancés chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) et on en prévoit plus de 3 000 pour les six prochaines années. Il s'agit pour le secteur spatial européen d'une opportunité d'occuper une position de leader mondial, grâce à un système 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.) approprié.

Le secteur des petits satellites (nanosatellites) a 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 Neptune et sur Saturne. Il est essentiel...) en poupe, poussé par des améliorations 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 liquide, l'état...) de miniaturisation, de standardisation et de réduction des coûts. Un stockage d'énergie fiable et efficace s'avère toutefois crucial pour leur permettre de fournir, avec succès, des performances élevées pour un large éventail d'applications.

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...) MONBASA, financé par l'UE, avait pour objectif de développer une solution en matière de stockage d'énergie conforme aux normes et réglementations en vigueur, fiable et offrant une efficacité énergétique (En physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension, qui est le rapport entre ce qui...) élevée tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en restant légère et compacte. Les chercheurs ont conçu de nouveaux composants à couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des...), essentiels pour la prochaine génération de batteries rechargeables Li-ion à haute tension (La tension est une force d'extension.) entièrement solides.

Le respect des normes de sécurité, de robustesse, de 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 référence. Le corps de référence...) énergétique, de compatibilité avec le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), de résistance aux radiations et de plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite donc pas aux étendues...) de 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, provenant du...) de fonctionnement rend ces batteries idéales pour des applications spatiales, ainsi que pour d'autres applications comme l'Internet des objets (L'Internet des objets représente l'extension d'Internet à des choses et à des lieux dans le monde réel. Alors qu'Internet ne se prolonge habituellement pas au-delà du monde électronique, l'internet des objets...) (IoT).

Dépasser ce qui se fait actuellement

Alors que les nanosatellites sont devenus très populaires, le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de développeurs et de projets étant en augmentation constante, le projet MONBASA est parti de l'idée selon laquelle des solutions de stockage d'énergie innovantes seraient susceptibles de stimuler encore davantage ce secteur.

L'équipe a d'abord mis au point (Graphie) une batterie solide basée sur un couple d'électrodes haute tension et des électrolytes solides en céramique (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en...), avec des conductivités ioniques beaucoup plus élevées que les électrolytes solides disponibles dans le commerce. L'intégration de l'électrolyte solide étant nécessaire pour réaliser une cellule complète fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en...), il était essentiel d'établir un bon contact entre la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du générateur extérieur dans le cas...) et l'électrolyte. Pour analyser entièrement les propriétés physiques et chimiques des interfaces de la batterie, les outils d'analyse les plus avancés ont été utilisés.

L'étape suivante a consisté à se pencher sur l'intégration des batteries avec des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) satellitaires à la pointe de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), tels que les systèmes microélectromécaniques (MEMS), une technologie essentielle au niveau des capteurs et des actionneurs dans les satellites de pointe. La solution a été testée et validée dans des conditions semblables à celles rencontrées dans l'espace.

"Nous avons adopté des méthodes de traitement issues des secteurs de la microélectronique et des verres technologiques, compatibles avec la fabrication de nanosatellites. Elles se sont avérées cruciales pour obtenir des composants de batterie Li-ion à couche mince de haute qualité, dépassant celle des composants actuellement sur le marché", explique le Dr Miguel Ángel Muñoz, coordinateur du projet.

MONBASA a montré que les électrodes à couche mince testées avec des électrolytes liquides que l'on trouve sur le marché affichaient une durée de vie (La vie est le nom donné :) supérieure d'un ordre de grandeur à celle des électrodes classiques disponibles dans le commerce. En pratique, cela signifie qu'un simple changement d'électrodes suffirait à améliorer les cellules Li-ion actuelles.

En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...), l'électrolyte liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) ne devrait pas être stable aux hautes tensions délivrées par la cathode MONBASA. La cellule à couche mince a toutefois conservé plus de 80 % de sa capacité initiale pendant plus de 2 000 cycles, à des intensités de courant élevées et, après intégration de l'électrolyte solide, stable à des tensions élevées, les performances de la cellule seront encore plus élevées.

Le projet a également découvert que la méthode de traitement MONBASA employée pour l'électrode négative, testée avec un électrolyte solide de référence disponible sur le marché, à seulement 45 °C, donnait des performances équivalentes à celles des cellules classiques fonctionnant à 70 °C.

Comme le résume le Dr Muñoz, "les batteries entièrement solides du projet MONBASA sont capables de surmonter les défis auxquels le secteur spatial est actuellement confronté avec les batteries Li-ion disponibles dans le commerce". Il explique: "Des composants de batterie plus durables entraîneront moins de pannes et allongeront par conséquent la durée de vie des satellites. Des batteries haute tension à couche mince de taille réduite permettront la conception de satellites plus petits, réduisant ainsi le risque de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.). Par ailleurs, une plage de température de fonctionnement plus large améliorera la sécurité et les performances dans des conditions extrêmes."

Assurer et développer les services critiques

Dans sa stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) spatiale pour l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...), la Commission européenne a souligné l'importance de disposer de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et de technologies spatiales innovantes pour fournir les services indispensables à la vie quotidienne des citoyens européens. Les petits satellites sont particulièrement utiles pour les applications nouvelles car ils sont relativement peu coûteux à construire et à lancer, offrant des opportunités sur tout un éventail de marchés cibles, tels que les télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme synonyme officiel...), l'agriculture, les transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre.) et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...).

Ces services contribuent à protéger et à gérer les infrastructures critiques, à renforcer la compétitivité économique, à gérer les ressources d'une population croissante et à faire face aux pressions exercées par le changement climatique. "Au-delà des satellites spatiaux, les résultats du projet présentent un intérêt pour d'autres applications telles que l'alimentation de capteurs autonomes pour l'IoT et des dispositifs portables comme ceux utilisés pour assurer un suivi médical."

Mais, souligne le Dr Muñoz, "les efforts à venir devront être axés autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de l'optimisation des interfaces permettant l'intégration d'une cathode à couche mince avec un électrolyte à couche mince. En parallèle, améliorer les processus de fabrication des composants devrait être une priorité."
Page générée en 0.329 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique