follow

samedi 2 février 2013

Une pile à l’eau de mer ! l' énergie osmotique

Sciences : Produire de l'électricité avec la rouille et l'eau de mer ( énergie osmotique )
Prototype d'accumulateur à l'eau de mer

Ce prototype d'accumulateur fonctionne depuis quatre mois sans interruption
et a maintenu allumée cette lampe à LEDs pendant tout ce temps.
Branché sur le circuit, le voltmètre affiche la valeur de 3,9 volts.

C'est l'idée de trois chercheurs de l'Université Nord Antsiranana qui ont réalisé une batterie qui fonctionne selon ce principe depuis plus de 4 mois sans interruption pour un coût dérisoire : une solution au problème de l'énergie ?

En ces temps de pénuries d'électricité chroniques, au plan local, et de crise mondiale, avec en arrière plan la question de l'épuisement prochain des ressources disponibles, trois chercheurs de l'Université Nord d'Antsiranana, le Pr Mamiharijaona Ramaroson, le Pr Jean Marie Razafimahenina, et le Professeur Andrianirina Charles Bernard, ont trouvé une solution originale et économique pour produire de l'énergie : récupérer celle de l'action de la corrosion naturelle des métaux dans l'eau de mer.
Des mois de recherches, d'essais et de tâtonnement ont été nécessaires, mais les résultats sont là : depuis plus de quatre mois, le prototype d'accumulateur à oxydoréduction par eau de mer fonctionne et il a maintenu allumée une petite lampe torche à LEDs jour et nuit pendant tout ce temps, avec une perte de puissance de seulement moins de 10%. Seul entretien : compléter le niveau d'eau de mer une fois tous les deux mois environ...
Principe
L'idée de départ est que la dégradation des métaux quand ils sont plongés dans l'eau de mer, communément appelée « rouille » - « oxydoréduction » pour les scientifiques - est une réaction chimique qui induit un déséquilibre électronique, c'est à dire qu'il crée un courant électrique.
Ce phénomène est bien connu, notamment par les marins, qui doivent coller aux coques en acier de leurs navires des pièces de métal dites « sacrificielles » qui se dégradent en premier sous l'action de ce phénomène et évitent que ce soit la coque qui ne s'abîme.
Et si on savait jusque là s'en prémunir, personne n'avait jusque là imaginé de solution simple pour tirer parti de cette réaction. Des chercheurs américains travaillent actuellement sur une idée assez proche mais basée sur du lithium, un métal rare, cher, nocif, et qui se dissout rapidement. De plus, leur accumulateur doit être immergé dans l'eau de mer à une certaine profondeur, ce qui entraine des coûts logistiques importants.
Le prototype réalisé par le Pr Mamiharijaona Ramaroson et le Pr Jean Marie Razafimahenina a les caractéristiques suivantes : tension à circuit ouvert : Uco = 3 volts, intensité du courant de court circuit  : Icc=1 ampère. Cette cellule a produit de l'électricité sans interruption pendant quatre mois, 24 heures sur 24. La lampe alimentée par ce courant reste illuminée avec la même intensité lumineuse. La cellule, d'une durée de vie estimée de 50 ans, utilise 250 ml d'eau de mer. Selon ces professeurs, l'installation ne présente aucun danger ni de risque pour l'environnement, car les produits de la réaction chimique des éléments constitutifs de la cellule ne sont pas nocifs.
Le Professeur RAMAROSON Mamiharijaona le Professeur RAZAFIMAHENINA Jean Marie Le Professeur RAMAROSON Mamiharijaona (à gauche), Dr. HDR en Métallurgie, professeur à l'Ecole Supérieure Polytechnique d'Antsiranana et
le Professeur RAZAFIMAHENINA Jean Marie (à droite), du Laboratoire d'Electronique Industriel ESPA/UNA de l'Université Nord d'Antsiranana
  
Applications
Si le courant produit a une valeur très faible, il est tout à fait envisageable d'additionner des éléments pour obtenir la puissance nécessaire à des applications domestiques. De plus, de grands progrès sont réalisés actuellement dans toutes les applications utilisant du courant de faible intensité pour répondre notamment à la demande croissante de matériels compatibles avec l'utilisation de l'énergie solaire, qui elle aussi ne produit que des courants très faibles et pour laquelle toute une gamme d'appareils en 12v ont été développés. Le Professeur Ramaroson Mamiharijaona travaille actuellement sur l'élaboration d'un nouveau prototype dont les éléments seront façonnés cette fois en plaques, de façon à maximiser les surfaces de contact tout en restreignant le volume nécessaire (voir schéma de principe). Cet accumulateur devait pouvoir alimenter pendant plusieurs mois (années ?) une petite installation domestique de brousse comprennant par exemple quelques lampes à LEDs, une petite radio, et un chargeur de téléphone mobile.
Un des principaux avantages du système est son faible prix de revient : Madagascar est un des premiers producteurs mondiaux de graphite, qui est utilisé pour la cathode, et son coût est très bas (700€/tonne). La filière locale aurait cependant à ête développée.
Schéma d'un prototype de batterie basé sur le principe de l'oxydo-réduction par eau de mer
Développement
Les Professeurs Ramaroson, Razafimahenina et Andrianirina sont en cours de dépôt de brevet pour leur invention. Cette procédure, longue et difficile, qui nécessite de nombreuses vérifications auxquelles ont participé des étudiants de l'ESPA. Le Professeur Rakotomaria Etienne, chimiste à Antanarivo apporte une aide précieuse dans les démarches relatives au dépôt du brevet.
Cette étape est un préalable incontournable à la mise en exploitation du procédé. Mais une fois qu'il sera enregistré, de nombreuses perspectives s'ouvrent aux chercheurs : l'appui à la création d'entreprises par des jeunes diplômés pour produire les accumulateurs notamment.
Fiers de leur réussite, ces chercheurs souhaitent que leur démarche fasse école. Mais pour que cela soit rendu possible, il est necessaire que l'Etat Malagasy s'implique en finançant des programmes de recherche applicatifs, tels qu'un système d'électrification à l'intention des communautés rurales, ou pour des micro entreprises.
C'est surtout un signe extrêment positif que donnent ces enseignants chercheurs en démontrant qu'il est possible aux universitaires, malgré toutes les difficultés que rencontre cette profession en cette période de crise, de continuer à effectuer des recherches et obtenir, parfois, des résultats d'une portée universelle.

Le Laboratoire d'Electronique Industriel ESPA/UNA de l'Université Nord d'Antsiranana

Le Laboratoire d'Electronique Industriel ESPA/UNA de l'Université Nord d'Antsiranana

source

Couvrir 13 % des besoins mondiaux grâce à une EnR, vous imaginez ? Et bien ça n’est théoriquement plus un rêve ! Une équipe de recherche de l’université de Stansford menée par Yi Cui a en effet mis au point une batterie pas comme les autres, puisqu’elle fonctionne grâce à de l’eau douce et de l’eau salée.
Bon d’accord, produire de l’électricité en jouant sur la différence de salinité, ça ne date pas vraiment d’hier. Le but des recherches de Yi Cui, est de pouvoir exploiter ce potentiel énergétique encore peu utilisé. Pour cela, ils ont mis au point une batterie à mélange entropique. Je suis d’accord, son nom ne nous éclaire pas vraiment sur son fonctionnement…
Pour comprendre comment fonctionne cette pile, sans être trop technique je vous rassure, il faut savoir que l’eau douce et l’eau salée ont une tendance naturelle à se mélanger. Les ions présents dans l’eau salée passent dans l’eau douce afin d’avoir une concentration homogène dans tout le liquide. Tout cela grâce à l’énergie naturelle dite de mélange.
Mais la pile dans tout ça me direz-vous… En gros, les deux électrodes qui composent la pile sont trempées dans l’eau de mer. Les ions (le sel) passent alors dans les électrodes. On peut dès lors utiliser cette batterie. L’électricité est née ! Une fois la pile déchargée, on la trempe dans l’eau douce pour rincer les électrodes et ainsi retirer les ions. Le cycle peut recommencer.
Cette batterie, dont le rendement est estimé à 85 % au maximum, pourrait être utilisée par exemple dans une centrale estuarienne, là où l’eau douce du fleuve rencontre l’eau salée de la mer. Yi Cui estime qu’une utilisation à grande échelle pourrait couvrir 13 % des besoins mondiaux. Sa pile à eau a donc un bel avenir devant elle !
Photo : Олександр

Une société américaine développe actuellement des batteries composées de lithium et d’eau de mer. Actuellement sur le banc d’essai, elles pourraient équiper les bateaux électriques d’ici deux ans.
Cela ressemble à de la Science-Fiction, mais pourrait être une réelle révolution. Polyplus, société américaine, prévoit la commercialisation de ses batteries hors du commun d’ici deux ans, à l’heure où les premières «  batteries à eau de mer  » (seawater batteries) expérimentales sortent tout juste de la ligne de production et d’assemblage.
Le principe de cette batterie est le suivant : le lithium est encapsulé de façon à être complètement isolé de l’eau de mer tout en permettant la charge. Ceci est primordial car le lithium se dissout complètement dans l’eau. La batterie possède un système ouvert sur le milieu environnant permettant à l’eau de mer d’entrer en contact avec le lithium via une membrane d’électrolyte solide.


La batterie à l’eau de mer permettrait d’atteindre des densités d’énergie grandioses, entre 1300 et 1500 Wh/kg (soit 6 ou 7 fois plus qu’une batterie au lithium classique) et permettrait donc d’allonger l’autonomie de manière conséquente. Ce modèle serait également plus simple et coûterait donc beaucoup moins cher à produire.
Polyplus travaille également au développement de batteries lithium-soufre et lithium-air rechargeables, ces dernières restant un défi autrement plus difficile à relever.

Pile maison ou Une pile au vinaigre

NOUVEAU: LED lantern runs on saltwater

 



7 commentaires:

  1. Après le nucléaire, la France nouveau leader des énergies marines ?
    A l’heure où le nucléaire est de plus en plus contesté dans le mix énergétique français, où la part des énergies renouvelables est appelée à augmenter, la quête de nouvelles sources d’énergie est constante. La mer, longtemps négligée, est de plus en plus pressentie comme le nouveau gisement d’énergie de la France.
    Derrière l’expression « énergie marines renouvelables » (EMR) se cachent de nombreuses manières d’exploiter le potentiel de l’océan. L’éolien offshore bien sûr, en phase de déploiement le long de la Manche, mais aussi les centrales marémotrices comme celles de la Rance qui utilise le flux et le reflux de la marée, ou encore l’hydrolien, l’exploitation des courants marins, dont les premiers prototypes sont en train d’être testés au large des côtes bretonnes. Il existe d’autres formes d’énergies marines plus originales, comme l’énergie osmotique, reposant sur le différentiel de salinité entre eaux douce et salée, ou la force houlomotrice, l’énergie générée par les vagues.

    Face à cette profusion de manière d’utiliser la mer, la France dispose de sérieux atouts. Elle a en effet le deuxième espace maritime mondial (11 millions de km2), derrière les Etats-Unis. A l’échelle européenne, notre pays détient le second gisement hydrolien, après la Grande Bretagne.
    Surtout, fort de sa tradition maritime, l’Hexagone peut compter sur des champions industriels tels que DCNS, STX Europe, Alstom, auxquels s’ajoutent ceux de l’énergie comme Schneider Electric, EDF. Pour Delphine Batho, ce sont 10 000 emplois, d’autres parlent même de 40 000, qui pourraient être créés par le développement des EMR en France. Pour l’heure, le gouvernement souhaite structurer cette nouvelle filière grâce à la création, à la pointe bretonne, d’un institut d’excellence, regroupant industriels et chercheurs.
    Sur le terrain, les riverains, en particulier ceux vivant de la pêche et du tourisme commencent à s’interroger sur les conséquences de la présence de ces nouveaux équipements. De même, le coût de l’électricité produite pourrait être élevé à court-moyen terme alors que la situation financière de l’Hexagone est déjà « tendue ».
    Malgré cela, les plus optimistes estiment tout de même que 20 GW de capacité de production d’EMR pourraient être installés à l’horizon 2030. Car si la France commence à se rendre compte du potentiel de cette nouvelle source d’énergie, d’autres pays, comme la Grande Bretagne ou les Etats scandinaves sont déjà très engagés dans ce domaine. Il ne faudrait pas que la France passe à côté d’une telle opportunité, surtout à l’heure où l’on souhaite diminuer la part du nucléaire.

    RépondreSupprimer
  2. Ce n'est pas parce qu'on a jamais fait de science qu'il faut gober tout et n'importe quoi.
    Pouvez-vous démontrer la capacité théorique de 1300Wh/kg?
    Parce que je peux vous démontrer qu'elle est bieeeeeen inférieure à ça...

    RépondreSupprimer
    Réponses
    1. Si vous savez le démontrer, pourquoi ne pas s'intégrer au projet pour l'améliorer.

      Supprimer
  3. en gros c'est comme la pile vola inventé le 17 mars 1800 sauf qu'a la place du vinaigre on utilise l'eau salé. rien de neuf

    RépondreSupprimer
  4. La pile marche très bien, nous avons assisté lors des portes ouvertes organisées par l'UNESCO, Les lampes s"allument, on peut écouter la radio et on peut aussi charger le téléphone portable. Les pays pauvres peuvent les utiliser

    RépondreSupprimer

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...