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Les super pouvoirs des nanomatériaux

Les super pouvoirs des nanomatériaux

Les nanomatériaux représentent un élément essentiel de l’avenir de la transition énergétique. Ils ont notamment la capacité d’apporter au monde des technologies pour produire et stocker l’électricité de façon bien plus efficace qu’aujourd’hui.

L’internet des objets n’en est qu’à ses balbutiements et va profondément changer le monde dans lequel nous vivons, à commencer par celui de l’énergie et de son utilisation. Tout cela sera possible grâce aux nanomatériaux, aux nouveaux matériaux ultrafins n’ayant que deux dimensions et des propriétés extraordinaires.

«Et si nous étions capables d’intégrer de l’électronique dans absolument tout», s’interroge dans le New York Times, Tomas Palacios, du Massachusetts Institute of Technology (MIT). «Et si nous étions capables de récupérer de l’énergie à partir de cellules photovoltaïques dans le revêtement des routes et d’installer des capteurs qui mesurent en temps réel l’usure du béton dans les ponts et les tunnels? Et si nous pouvions regarder dehors et avoir les prévisions météorologiques sur la fenêtre ou mettre de l’électronique dans ma veste pour surveiller ma santé?»

Il y a un an, le Docteur Palacios et ses collègues du MIT ont publié un article de recherche dans la revue Nature décrivant une invention spectaculaire faisant appel aux nanomatériaux, une antenne capable d’absorber les signaux wifi, bluetooth, et cellulaires, dans lesquels nous baignons aujourd’hui, et de produire ainsi de l’électricité. La clé de cette découverte est un nouveau matériau appelé disulfure de molybdène ou MoS qui peut être déposé avec une épaisseur de trois atomes! Une couche de MoS sur un bureau peut en faire un chargeur sans fil pour ordinateur portable.

Tout commence avec le graphène

A tout seigneur tout honneur, la découverte des nanomatériaux ayant deux dimensions et des capacités physiques et électroniques hors du commun remonte à 2004. Deux chercheurs de l’Université de Manchester avaient utilisé du ruban adhésif pour «éplucher» une couche épaisse de seulement un atome d’un morceau de graphite. Ils ont inventé le graphène. Le graphène c’est du graphite, mais son épaisseur quasi nulle lui confère d’étonnantes propriétés: il est flexible, transparent, extrêmement solide et un conducteur électrique et thermique extraordinaire.

Les applications potentielles du graphène semblent presque sans limites dans de nombreuses industries et pour de nombreux produits. Mais sa fabrication à grande échelle et à des coûts économiquement réalistes est difficile. De nombreux grands groupes y travaillent comme le Chinois Huawei qui a présenté en octobre dernier un téléphone portable, le Mate 20 X, qui utilise du graphène pour refroidir son processeur. Le Sud-coréen Samsung devrait être capable de produire dans un futur proche une batterie au graphène très performante pour ses téléphones.

Toujours dans l’énergie, mais l’hydrogène et les piles à combustible, le docteur Jeff Urban, chercheur spécialisé dans les matériaux en deux dimensions à la «fonderie moléculaire» du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, travaille sur l’hydrogène solide. Sous cette forme, il serait possible de mettre dans les véhicules à hydrogène et notamment les plus grands (navires, trains, camions…) de grandes quantités de carburant en peu d’espace. Le Docteur Urban et ses collègues ont trouvé un moyen de concentrer l’hydrogène en utilisant  de très petits cristaux de magnésium enveloppés dans des bandes étroites baptisés nanorubans de graphène.

L’avenir de la transition énergétique

Kwabena Bediako, un chimiste de l’Université de Californie à Berkeley, a publié l’an dernier une étude dans la revue Nature décrivant comment avec ses collègues, il a intégré des éléments des ions lithium entre plusieurs couches de matériaux en deux dimensions dont du graphène. En faisant varier les différentes couches, ils ont été capables d’augmenter considérablement les performances du lithium ce qui pourrait conduire à développer des batteries beaucoup plus puissantes que les lithium ion actuelles.

Les exemples comme cela se multiplient. Ainsi, la Nanyang Technological University de Singapour a créé des dizaines de nouveaux matériaux en deux dimensions. L’un d’entre eux, le séléniure de platine, peut réduire la quantité de platine nécessaire pour faire fonctionner une pile à combustible de 99%!

Les nanomatériaux représentent sans aucun doute un élément essentiel de l’avenir de la transition énergétique. Ils ont notamment la capacité d’apporter au monde des technologies pour produire et stocker l’électricité de façon bien plus efficace qu’aujourd’hui. De quoi faire sauter les limites actuelles des énergies renouvelables et de l’hydrogène.

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