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Energie renouvelable : des nanotubes pour tirer le meilleur de l'énergie osmotique

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4 232 lectures / 5 commentaires28 février 2013, 10 h 04

figure_dispo_artificaSchéma de principe de l'expérience : le transport osmotique de l'eau à travers un nanotube de Bore-Azote transmembranaire est étudié
© Laurent Joly (ILM)

La différence de salinité entre l'eau douce et l'eau de mer est l'une des voies explorées pour obtenir de l'énergie renouvelable. Néanmoins, les faibles rendements des techniques actuelles constituent un frein à son utilisation. Ce verrou pourrait être en train d'être levé. Une équipe menée par des physiciens de l'Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut Néel (CNRS), a découvert une nouvelle piste pour récupérer cette énergie : l'écoulement osmotique à travers des nanotubes de Bore-Azote permet de générer un courant électrique géant avec une efficacité plus de 1 000 fois supérieure à celle atteinte jusqu'ici. Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont développé un dispositif expérimental très original permettant, pour la première fois, d'étudier le transport osmotique des fluides à travers un nanotube unique. Leurs résultats sont publiés le 28 février dans la revue Nature.

Les phénomènes osmotiques se manifestent lorsque l'on met en contact un réservoir d'eau salée avec un réservoir d'eau douce par l'intermédiaire de membranes semi-perméables adaptées. Il est alors possible de produire de l'électricité à partir des gradients salins. Ceci, de deux façons différentes : d'un côté, la différence de pression osmotique entre les deux réservoirs peut faire tourner une turbine ; de l'autre, l'utilisation de membranes qui ne laissent passer que les ions permet de produire un courant électrique.

Concentrée au niveau des embouchures des fleuves, la capacité théorique de l'énergie osmotique au niveau mondial serait d'au moins 1 Térawatt, soit l'équivalent de 1000 réacteurs nucléaires. Cependant, les technologies permettant de récupérer cette énergie présentent d'assez faibles performances, de l'ordre de 3 Watts par mètre carré de membrane. Les physiciens de l'Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut Néel (CNRS), pourraient être parvenus à lever ce verrou.

Leur but premier était d'étudier la dynamique de fluides confinés dans des espaces de taille nanométrique tels que l'intérieur de nanotubes. En s'inspirant de la biologie et des recherches sur les canaux cellulaires, ils sont parvenus, pour la première fois, à mesurer l'écoulement osmotique traversant un nanotube unique. Leur dispositif expérimental était composé d'une membrane imperméable et isolante électriquement. Cette membrane était percée d'un trou unique par lequel les chercheurs ont fait passer, à l'aide de la pointe d'un microscope à effet tunnel, un nanotube de Bore-Azote de quelques dizaines de nanomètres de diamètre extérieur. Deux électrodes plongées dans le liquide de part et d'autre du nanotube leur ont permis de mesurer le courant électrique traversant la membrane.

En séparant un réservoir d'eau salée et un réservoir d'eau douce avec cette membrane, ils ont généré un courant électrique géant à travers le nanotube. Celui-ci est dû à l'importante charge négative que présentent les nanotubes de Bore-Azote à leur surface, charge qui attire les cations contenus dans l'eau salée. L'intensité du courant traversant le nanotube de Bore-Azote est de l'ordre du nanoampère, soit plus de mille fois celui produit par les autres méthodes cherchant à récupérer l'énergie osmotique.

Les nanotubes de Bore-Azote permettent donc de réaliser une conversion extrêmement efficace de l'énergie contenue dans les gradients salins en énergie électrique directement utilisable. En extrapolant ces résultats à une plus grande échelle, une membrane de 1 mètre carré de nanotubes de Bore-Azote aurait une capacité d'environ 4 kW et serait capable de générer jusqu'à 30 MegaWatts.heure[1] par an. Ces performances sont trois ordres de grandeur au-dessus de celles des prototypes de centrales osmotiques en service aujourd'hui. Les chercheurs veulent à présent étudier la fabrication de membranes composées de nanotubes de Bore-Azote, et tester les performances de nanotubes de composition différente.

Ces travaux ont notamment bénéficié des soutiens de l'ERC et de l'ANR.

Note

  1. Un Watt.heure correspond à l'énergie consommée ou délivrée par un système d'une puissance de 1 Watt pendant une heure

Référence

Giant osmotic energy conversion measured in a single transmembrane boron-nitride nanotube, Alessandro Siria, Philippe Poncharal, Anne-Laure Biance, Rémy Fulcrand, Xavier Blase, Stephen Purcell, and Lydéric Bocquet, Nature. 28 février 2013.

Auteur

Centre National de la Recherche Scientifique

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

5 commentaires

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Jacques-marie Moranne le 01/03/2013, 10:58
Sur le Terawatt mondial théorique, combien en pratique pour la France ? ou pour un fleuve comme le Rhone (en admettant qu'on puisse le canaliser entièrement) ?
Est-ce qu'on ne récupèrerait pas plus du fait de la différence de température entre l'eau du fleuve et l'eau de mer ?

Quid de l'impact écologique local ?

Je crains personnellement que cela ne reste très confidentielalerte
Jean-luc Bocquet le 01/03/2013, 11:22
Bilan global ?alerte
pcbman le 02/03/2013, 23:21
Je suis d'avis qu'il serait mieux de surveiller activement tout ce qui MENACE l'eau ainsi que ce qui vit dans l'eau, qu'elle soit douce ou salée...
N'oublions pas LA MENACE de plus en plus pressante que sont les industries pétrolières; un monstre en train de mourir est d'autant plus dangereux...alerte
Rozé le 03/03/2013, 19:44
Utiliser un flux d'énergie renouvelable pour faire de l'électricité est sans doute une fort bonne chose. Il vaut mieux creuser cette découverte que dépenser des milliards dans le projet de fusion nucléaire (Iter et autres).
J'aimerais que ces chercheurs étudient la possibilité de générer un courant électrique en faisant passer de l'air dans certains nanotubes à inventer ! Cela permettrait de faire des éoliennes sans pales !alerte
Robert Clément le 03/03/2013, 20:52
Il serait intéressant de savoir sous quelle différence de potentiel (tension électrique)le courant est délivré par le nanotube de nitrure de bore. Il est probable que cette tension soit faible (une fraction de volt). La fabrication industrielle de telles membranes demandera un effort de R&D conséquent. L'encrassement des nanotubes en milieu naturel est aussi un autre problème. Il reste beaucoup de chemin avant que le procédé ne devienne industriel. Mais il faut aller voir au bout de cette voie...alerte

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