Est-ce qu’un aspirateur robot consomme beaucoup d’électricité ?

Est-ce qu'un aspirateur robot consomme beaucoup d'électricité ?

Contrairement aux aspirateurs traîneaux et balais, les aspirateurs robots fonctionnent de manière entièrement autonome. De plus, ils offrent des avantages incontournables en termes de gain de temps, de confort et d’efficacité de nettoyage. Mais qu’en est-il de leur consommation d’énergie ? Un aspirateur robot consomme-t-il beaucoup d’électricité ?

Comment calculer la consommation électrique d’un aspirateur robot ?

Pour calculer la consommation d’énergie d’un aspirateur robot, il faut prendre en compte 2 paramètres : 

  1. La puissance nominale indiquée par le fabricant (en Watts).
  2. La durée moyenne d’utilisation (en heures).

Multipliez la puissance de votre aspirateur intelligent par la durée de nettoyage pour obtenir la quantité d’énergie totale consommée pendant cette période (en kWh). Notez que la valeur obtenue représente une estimation moyenne de la consommation de l’aspirateur autonome. 

Les facteurs qui influent sur la consommation d’un aspirateur robot

Pour un aspirateur robot, la consommation moyenne indiquée par le fabricant est une valeur théorique qui peut différer de la consommation réelle en fonction de plusieurs facteurs comme : la surface à nettoyer, le type de revêtement de sol, la présence d’obstacles, la fréquence et la technologie de nettoyage et enfin l’entretien de l’appareil.

La surface de la zone à nettoyer

La taille de la zone à nettoyer a un impact direct sur la consommation d’électricité de votre robot aspirateur. Généralement, les logements de grande taille comme les maisons à plusieurs étages nécessitent des temps de nettoyage plus conséquents. Donc, plus la surface de la zone à nettoyer est grande, plus l’aspirateur automatique consomme de l’énergie. 

Le type de sol

Les robots aspirateurs peuvent nettoyer différents types de sols (tapis, moquette, lino, parquet, etc.). Ceci dit, leur consommation réelle peut varier en fonction du type de revêtement de sol. Par exemple, sur un tapis à poils longs ou une moquette épaisse, l’aspirateur autonome doit faire face à une résistance au roulement plus importante. De plus, il a besoin d’une force d’aspiration plus importante pour aspirer la poussière en profondeur. Dans ce cas, le moteur est plus sollicité que sur un sol en parquet ou en carrelage par exemple, ce qui se traduit par une consommation plus élevée. 

La présence d’obstacles

Un aspirateur robot est doté d’une technologie de navigation qui lui permet de se déplacer selon un schéma précis. Les modèles d’entrée de gamme utilisent un système de navigation aléatoire dit “Bump and Run”. Lorsque le robot heurte un obstacle, il retourne en arrière et ajuste son chemin pour éviter l’obstacle.

Les modèles haut de gamme sont dotés d’une navigation intelligente (SLAM ou LIDAR) qui utilise des capteurs laser et des caméras pour identifier les obstacles et choisir le parcours le plus optimal selon une cartographie virtuelle. 

Plus l’aspirateur automatique rencontre d’obstacles dans la pièce (meubles, jouets posés sur terre, accessoires d’animaux de compagnie, etc.), plus il doit ajuster son parcours de nettoyage, ce qui peut entraîner une consommation plus élevée pour les modèles “Bump and Run”. 

La fréquence de nettoyage

En règle générale, plus vous utilisez votre aspirateur robot, plus ce dernier consomme d’énergie. Cela dit, un nettoyage régulier est nécessaire pour maintenir votre logement propre et éviter les séances de nettoyage intensives très énergivores. Ainsi, pour optimiser la consommation d’un aspirateur intelligent, il convient de choisir le mode de nettoyage le plus adapté au niveau de saleté du sol. 

Les aspirateurs robots sont généralement dotés de plusieurs modes de nettoyage que vous pouvez choisir selon vos besoins : Aspirateur uniquement, serpillère et aspirateur en simultané, uniquement serpillère et serpillère après l’aspirateur. 

La technologie de nettoyage

Les robots aspirateurs laveurs 3-en-1 prennent en charge le lavage du sol et consomment généralement plus d’électricité que les aspirateurs robots 2-en-1. Les modèles équipés de la fonction nettoyage et de séchage à l’air chaud des serpillères sont ceux qui consomment le plus.

La qualité d’entretien du robot aspirateur

Un manque d’entretien peutentraîner une surconsommation de votre aspirateur robot. Par exemple, l’obstruction du filtre à poussière pourrait affecter la puissance d’aspiration de l’appareil. En effet, le moteur de l’appareil serait plus sollicité, ce qui entraînerait une surconsommation d’électricité. 

Quelle est la consommation d’un aspirateur robot par rapport à un aspirateur classique ?

Comme les aspirateurs robots, les aspirateurs balais fonctionnent avec une batterie rechargeable. Leur puissance électrique varie généralement de 150 à 400 W. Celle des aspirateurs autonomes se situe entre 30 et 120 W. Dans les mêmes conditions de fonctionnement, un aspirateur robot consommerait jusqu’à 13 fois moins qu’un aspirateur balai. 

Par ailleurs, les aspirateurs traîneaux fonctionnent sur secteur. Ils affichent une puissance de 600 à 900 W (puissance maximale autorisée pour ce type d’aspirateur depuis 2017). Dans les mêmes conditions de fonctionnement, un aspirateur robot consommerait jusqu’à 30 fois moins qu’un aspirateur traîneau. 

Notez qu’il s’agit d’une estimation qui ne prend pas en compte la puissance d’aspiration et les performances de nettoyage de chaque type d’aspirateur. 

Conclusion

La consommation électrique réelle d’un robot aspirateur peut varier selon plusieurs facteurs tels que la taille du logement, le type du sol, la fréquence de nettoyage ou encore la présence d’obstacles. Ceci dit, elle reste généralement plus faible que celle des aspirateurs traîneaux et des aspirateurs balais. 

Quelques petits gestes, comme le choix de la fréquence et du mode de nettoyage adaptés, la réduction des obstacles dans le logement et le nettoyage régulier du filtre, contribuent à optimiser la consommation électrique de votre aspirateur automatique. 

5 bonnes raisons d’adopter un volet roulant pour sa piscine

5 bonnes raisons d'adopter un volet roulant pour sa piscine

L’été se dessine à l’horizon, et avec lui, l’envie de se prélasser au bord de la piscine. Si vous êtes l’heureux propriétaire d’un bassin, vous avez certainement déjà réfléchi aux différentes options pour le protéger et en faciliter l’entretien. Parmi elles, le volet roulant s’est imposé ces dernières années comme le choix privilégié de nombreux Français, détrônant ainsi la traditionnelle bâche. Mais pourquoi un tel engouement ? Plongeons-nous dans les multiples avantages qu’offre ce dispositif, combinant sécurité, praticité et économies.

Une sécurité optimale pour votre piscine

La sécurité constitue l’un des principaux arguments en faveur de l’adoption d’un volet roulant. Depuis 2003, la loi impose aux propriétaires de piscines privées de mettre en place un dispositif de sécurité normalisé. Le volet roulant, conforme à la norme NF P90-308, répond parfaitement à cette exigence.

Une fois déployé, le volet recouvre intégralement la surface du bassin, empêchant ainsi tout risque de chute accidentelle ou de noyade, en particulier chez les enfants en bas âge. Les lames en PVC ou en polycarbonate sont suffisamment résistantes pour supporter le poids d’un adulte, offrant ainsi une barrière efficace entre l’eau et les abords de la piscine.

Un entretien facilité et une eau préservée

Le volet roulant agit ensuite comme un véritable bouclier contre les divers polluants capables d’altérer la qualité de l’eau. En recouvrant le bassin, il empêche les feuilles mortes, les insectes et autres débris de tomber dans l’eau, réduisant ainsi le temps consacré au nettoyage de la piscine.

De plus, en limitant l’exposition de l’eau aux rayons UV, le volet roulant freine le développement des algues par photosynthèse. Vous allez donc diminuer la quantité de produits de traitement nécessaires au maintien d’une eau saine et limpide. C’est par conséquent un gain de temps et d’argent non négligeable.

Un atout esthétique pour votre espace piscine

Outre ses qualités pratiques, le volet roulant apporte une touche d’élégance à votre espace piscine. Qu’il soit hors-sol ou immergé ce dispositif s’intègre harmonieusement à l’environnement de votre bassin.

Exemple de volet roulant automatique hors sol. (Crédit Astralpool)

Les lames en PVC ou en polycarbonate sont disponibles dans une large gamme de coloris, vous permettant de choisir la teinte qui s’accordera le mieux avec le revêtement de votre piscine et les abords. Certains modèles de volets hors-sol sont même en mesure d’être habillés d’un coffre en bois ou en composite, pour un rendu encore plus esthétique.

Un site spécialisé comme https://www.esc-grossiste.fr/boutique/ propose ce type d’équipement.

Des économies d’énergie substantielles

L’installation d’un volet roulant permet également de réaliser des économies significatives sur le plan énergétique. En effet, lorsque le volet est fermé, il limite considérablement l’évaporation de l’eau, phénomène responsable d’une grande partie des déperditions de chaleur dans une piscine.

Ainsi, en préservant la température de l’eau, le volet roulant réduit la consommation d’énergie nécessaire au chauffage du bassin. Selon les estimations, les économies réalisées peuvent atteindre jusqu’à 30% sur les coûts de chauffage. Un argument de poids pour les propriétaires soucieux de leur facture énergétique.

Un confort d’utilisation au quotidien

Enfin, le volet roulant vous offre un confort d’utilisation inégalé au quotidien. Grâce à sa motorisation, vous avez la capacité d’ouvrir et de fermer votre piscine en quelques secondes, par simple pression sur un bouton ou une télécommande.

Fini le temps passé à dérouler et à enrouler manuellement une bâche de protection. Avec un volet roulant automatique, vous profitez pleinement de votre piscine sans effort ni contrainte.

L’adoption d’un volet roulant pour votre piscine représente un investissement à long terme. Sécurité renforcée, entretien facilité, économies d’énergie, esthétique soignée et confort d’utilisation sont autant d’atouts qui font de ce dispositif un équipement incontournable pour votre bassin. Alors, prêt à franchir le pas et à profiter sereinement de votre espace piscine cet été ?

🏆Meilleurs pulvérisateurs électriques (2023) : Guide et comparatif

Meilleurs pulvérisateurs électriques (2023) : Guide et comparatif

Le jardinage reste un passe-temps merveilleux qui permet de se connecter avec la nature tout en créant un espace verdoyant. Entre l’arrosage, la fertilisation et la lutte contre les maladies et les insectes nuisibles, entretenir un jardin peut vite devenir chronophage. C’est pourquoi l’outil de jardinage, comme le pulvérisateur électrique s’avère être un allié précieux pour les jardiniers, du débutant comme l’expert.

Dans cet article, nous allons examiner tous les aspects du pulvérisateur électrique, à quoi il sert, ses avantages, son fonctionnement, ses principales caractéristiques, les points clés pour vous aider à choisir ainsi qu’une sélection des meilleurs pulvérisateurs électriques pour votre jardin.

A quoi sert un pulvérisateur électrique ?

Un pulvérisateur électrique est un outil de jardinage qui pulvérise des liquides comme des des engrais liquides, des herbicides, des fongicides, de l’eau ou d’autres solutions de traitement sur les plantes et les surfaces. Il est équipé d’un moteur électrique qui actionne la pompe pour projeter le liquide sous forme de fine brume, ce qui permet une application uniforme et précise. Les pulvérisateurs électriques sont utilisés pour traiter les grandes surfaces de manière efficace et rapide, tout en réduisant la fatigue et l’effort physique pour l’utilisateur.

Un pulvérisateur électrique est très utile égalemlent pour un autre type d’activité. En particulier, son utilisation est essentielle pour le démoussage d’une toiture. En effet, ce dispositif permet de projeter un produit antifongique sur la surface traitée de manière uniforme et en quantité suffisante. De cette manière, le produit agira efficacement pour éliminer les mousses, lichens et autres champignons qui peuvent s’accumuler sur les tuiles ou ardoises de votre toiture.

L’utilisation d’un pulvérisateur électrique facilite grandement l’opération de démoussage, car elle permet d’aller jusqu’aux endroits les plus inaccessibles, sans la nécessité de faire des efforts physiques importants.

Avantages et inconvénients d’utiliser un pulvérisateur électrique

D’une part, les pulvérisateurs électriques sont très pratiques car ils facilitent la pulvérisation, que ce soit pour la désinfection, pour les toitures ou les espaces verts. Ils permettent une distribution uniforme du produit sur la surface à traiter, sans effort, ce qui est très apprécié. De plus, certains modèles sont équipés d’une sangle qui permet une utilisation plus ergonomique.

D’autre part, les pulvérisateurs électriques sont souvent plus coûteux que les pulvérisateurs manuels, et ils nécessitent d’être alimentés en électricité. Certains modèles ont un débit limité et peuvent ne pas être adaptés pour des surfaces très grandes. Il faut donc faire attention aux caractéristiques de chaque produit dont l’autonomie de la batterie notamment.

Comment fonctionne un pulvérisateur électrique ?

Le pulvérisateur électrique pulvérise des liquides ( engrais liquides, détergents ou produits nettoyants, fongicides, herbicides, etc.). Il est alimenté par une batterie rechargeable qui alimente la pompe pour créer une pression par le biais d’une buse.

Lorsque la pression est créée, le liquide est pulvérisé à travers la buse. La taille des particules peut être ajustée en fonction de la taille de la buse.

Pulvérisateurs électriques sans fil

Avec un simple clic de bouton, les pulvérisateurs électriques sans fil offrent une solution efficace pour atteindre les zones difficiles d’accès. Ils sont équipés d’une batterie rechargeable et ne nécessitent pas de câbles encombrants. Ils ont une conception légère et ergonomique pour faciliter leur maniement et sont dotés d’une fonction de réglage de pression pour s’adapter à vos différents besoins de pulvérisation.

Que vous souhaitiez pulvériser des produits chimiques, des herbicides, des insecticides ou des engrais, le pulvérisateur à batterie reste l’outil idéal pour accomplir cette tâche avec efficacité et sans d’effort. La batterie rechargeable évite le besoin d’une alimentation électrique continu ou l’utilisation d’un moteur thermique bruyant.

Pulvérisateur électrique jardinage

Les points clés pour choisir son pulvérisateur électrique

Les points clés pour choisir son pulvérisateur électrique sont nombreux. Tout d’abord, la capacité du réservoir est à prendre en compte en fonction de vos besoins propres.

Ensuite, la qualité du tuyau et de la buse influenceront grandement la qualité de la pulvérisation. Il est aussi nécessaire de se tourner vers un modèle équipé d’une batterie rechargeable afin de ne pas être limité par le temps de charge et de permettre une utilisation sans fil.

Si vous devez pulvériser des produits corrosifs, il peut être intéressant de se diriger vers un pulvérisateur électrique résistant à ce type de produits. Enfin, la présence d’une sangle pour faciliter son transport peut être un point important à prendre en compte.

Notre sélection des meilleurs pulvérisateurs électriques

Notre sélection des meilleurs pulvérisateurs électriques est composée de modèles performants pouvant résister aux produits corrosifs. Ce type de pulvérisateur électrique est idéal pour des travaux de pulvérisation en extérieur, notamment pour les sols, la toiture, les murs.

La plupart des modèles sélectionnés ont une grande capacité de cuve et un tuyau de pulvérisation pratique pour une utilisation aisée. Les buses de pulvérisation sont également efficaces pour une meilleure couverture de la zone à traiter.

Les principales caractéristiques sont mises en valeur afin que vous puissiez faire le bon choix. Les prix varient entre 110 et 270 euros. Tous les pulvérisateurs présentés sont disponibles en ligne chez notre partenaire Amazon.

🥇 Pulvérisateur électrique Powerjet 2

Ce pulvérisateur électrique est proposé par la marque Multirex. Il dispose d’une puissance de 12V et d’une capacité de 10 litres. Il est équipé d’une lance télescopique en acier inoxydable ainsi que d’une buse réglable. Le Powerjet 2 peut être utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures.

🥈 RYOBI – Pulvérisateur à Dos 18V ONE+

Ce pulvérisateur à dos électrique est de la marque Ryobi. Il est alimenté par une batterie 18V et a une capacité de 15 litres. Il dispose d’une lance réglable en laiton et d’une buse à jet réglable. Le RYOBI – Pulvérisateur à Dos 18V ONE+ est utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires sur les plantes et les cultures.

🥉 Forum Equipement – Pulvérisateur Électrique PRO SPRAYER

Ce pulvérisateur électrique est proposé par la marque Forum Equipement. Il est équipé d’un réservoir de 28 litres et d’une batterie rechargeable. Il dispose d’une lance télescopique en acier inoxydable et d’une buse à jet réglable. Le Pulvérisateur Électrique et Autonome PRO SPRAYER peut être utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures.

🥉 Einhell – Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/150

Ce pulvérisateur électrique est proposé par la marque Einhell. Il est équipé d’un réservoir de 15 litres et fonctionne avec une batterie lithium-ion 18V. Il dispose d’une lance télescopique et d’une buse à jet réglable. Le Einhell Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/150 Li-Solo est utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures.

VITOPulvérisateur à batterie Lithium 12V/6AH

Ce pulvérisateur électrique est proposé par la marque VITO. Il est équipé d’un réservoir de 16 litres et fonctionne avec une batterie lithium-ion 12V/6AH. Il dispose d’une lance télescopique et d’une buse à jet réglable. Le Pulvérisateur à batterie Lithium VITO 12V/6AH 16L 6 bars Poids léger Chargeur inclus Végetaux jardin toitures peut être utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures.

RIBILAND – Pulvérisateur électrique PILA16

Ce pulvérisateur électrique est proposé par la marque Ribiland. Il est équipé d’un réservoir de 16 litres et fonctionne avec une batterie lithium-ion 12V. Il dispose d’une lance télescopique et d’une buse à jet réglable. Le RIBILAND Pulvérisateur PILA16 électrique sur roues 16 Litres batterie 12V est monté sur des roues pour faciliter son déplacement et son utilisation. Il peut être utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures.

Einhell – Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/75

Ce pulvérisateur électrique est également proposé par la marque Einhell. Il est équipé d’un réservoir de 7,5 litres et fonctionne avec une batterie lithium-ion 18V. Il dispose d’une lance télescopique et d’une buse à jet réglable. Le Einhell Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/75 Li-Solo peut être utilisé pour pulvériser des produits phytosanitaires ou des engrais sur les plantes et les cultures, mais sa capacité de réservoir est plus adaptée aux petites surfaces.

Tableau récapitulatif des 7 modèles de pulvérisateurs électriques

ModèleCapacité
réservoir
BatterieLanceBuse jet réglablePrix
Powerjet 210 litres12VOuiOui€€€
RYOBI – Pulvérisateur à Dos 18V ONE+15 litres18VOuiOui€€€
Forum Equipement – Pulvérisateur Électrique PRO SPRAYER28 litresRechargeableOuiOui€€€€
Einhell Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/15015 litres18VOuiOui€€€€
Pulvérisateur à batterie Lithium VITO16 litres12V/6AHOuiOui€€€€
RIBILAND Pulvérisateur PILA16 litres12VOuiOui€€€
Einhell Pulvérisateur à pression sans fil GE-WS 18/757,5 litres18VOuiOui€€

A noter que le niveau de prix varie en fonction de la qualité des matériaux, de la puissance et des fonctionnalités supplémentaires de chaque modèle de pulvérisateur électrique.

FAQ

Un pulvérisateur électrique pour votre toiture

Si vous cherchez un pulvérisateur électrique pour toiture, vous avez plusieurs options à considérer. Tout d’abord, il est important de considérer la taille de votre toiture et la hauteur à laquelle vous devrez travailler. Certains pulvérisateurs ont des tuyaux plus longs qui peuvent atteindre des hauteurs plus élevées, tandis que d’autres conviennent mieux aux toits plus petits. Une autre chose à considérer est la puissance de l’appareil. Un pulvérisateur plus puissant peut aider à éliminer plus facilement la saleté et la moisissure sur votre toiture.

Quel pulvérisateur avec de l’eau de Javel ?

Pour choisir le pulvérisateur adapté à l’eau de Javel, il est recommandé d’opter pour un modèle fabriqué en résistance aux produits chimiques. Il est également préférable de choisir un pulvérisateur munis d’un tube d’aspiration allongé, cela permet d’éviter le contact direct avec la solution et facilite ainsi la tâche en termes de nettoyage lors de l’utilisation. Pour ce qui est de la contenance, il est conseillé d’opter pour un modèle de taille moyenne, ni trop petit ni trop grand, ce qui facilitera davantage la manipulation et le nettoyage. Enfin, il est important de noter que les pulvérisateurs doivent être nettoyés et rincés soigneusement après chaque utilisation afin de prolonger leur durée de vie et d’éviter tout risque de corrosion ou d’encrassement. Choisir un pulvérisateur de qualité garantira un nettoyage efficace et sécurisé de vos surfaces.

🏆 Meilleurs scarificateurs électriques (2023) : Guide et comparatif

Meilleurs scarificateurs électriques (2023) : Guide et comparatif

Avez-vous remarqué que votre pelouse ne pousse pas aussi bien qu’auparavant ? Ou peut-être qu’elle est envahie par la mousse et les mauvaises herbes ? Si c’est le cas, il est temps de prendre soin de votre pelouse avec l’aide d’un scarificateur électrique. Cet outil de jardinage a le pouvoir de redonner vie à la pelouse en éliminant les débris végétaux et en aérant le sol pour favoriser la croissance de l’herbe.

Nous allons dans cet article vous expliquer comment fonctionne un scarificateur électrique et pourquoi il est indispensable pour maintenir une belle pelouse tout au long de l’année. Nous vous donnerons également quelques conseils pour faire votre choix ainsi qu’une sélection des meilleurs scarificateurs électriques disponibles pour votre jardin.

Qu’est-ce qu’un scarificateur électrique ?

Un scarificateur électrique est un outil qui a pour objectif d’entretenir et embellir une pelouse. Il s’agit d’un appareil muni de dents qui griffent le sol afin d’éliminer les déchets végétaux et autres résidus qui s’accumulent sur le gazon et qui empêchent l’air, l’eau et les nutriments de bien pénétrer dans la terre. Il permet d’aérer et de décompacter le sol, favorisant ainsi une meilleure croissance du gazon tout en prévenant l’apparition de mousses, champignons et maladies qui pourraient nuire à la santé de la pelouse.

En utilisant un scarificateur électrique régulièrement, vous aurez un gazon en bonne santé qui continue de pousser de façon optimale. Cet outil est indispensable si vous voulez maintenir une belle pelouse à l’année.

Quels sont les avantages d’un scarificateur électrique ?

Le scarificateur électrique offre de nombreux avantages par rapport à son homologue thermique. Tout d’abord, il est plus respectueux de l’environnement car il ne nécessite pas de carburant fossile pour fonctionner. Comme il est moins bruyant et moins polluant que son homologue thermique, il devient donc l’outil idéal pour les quartiers résidentiels.

Le scarificateur électrique est aussi plus facile à utiliser, car il ne nécessite pas d’allumage ni de mise en marche. Cet outil permet d’obtenir un gazon plus sain et plus dense, en éliminant les débris et les mousses qui étouffent la croissance de l’herbe.

Comment choisir son scarificateur électrique ?

Avant de choisir son scarificateur électrique, il est nécessaire de déterminer la superficie à entretenir. Pour une petite pelouse, les modèles les plus simples avec une puissance de 600 W et des lames en acier suffiront.

Pour les grandes pelouses, il faudra opter pour des modèles plus puissants. Les lames sont également importantes, car elles doivent pouvoir pénétrer dans le végétal pour une bonne scarification. Certains modèles intègrent une fonction aérateur pour une meilleure oxygénation des racines. Le guidon est un autre critère de choix, car il autorise une prise en main facile et confortable.

Les scarificateurs thermiques sont réservés aux surfaces très grandes, pour lesquelles les modèles électriques seraient insuffisants. Enfin, certains modèles sont dotés de rouleaux qui permettent de récolter les mousses au fur et à mesure de la scarification.

Quelles sont les caractéristiques du scarificateur électrique ?

Les scarificateurs électriques ont de nombreuses caractéristiques intéressantes. Premièrement, ils sont très faciles à utiliser, car ils ne nécessitent pas de carburant et sont très légers. Ensuite, il y a de multiples modèles commercialisés qui répondent aux différentes tailles de pelouse et de jardins.

La scarification est un travail nécessaire pour maintenir une pelouse saine et le scarificateur électrique peut le faire de manière efficace. Le rapport qualité/prix des scarificateurs électriques est suffisamment bon, car ils sont moins chers que les modèles thermiques, tout en offrant des résultats similaires.

Enfin, ils sont silencieux et ne nécessitent aucun entretien, à l’exception de ranger une rallonge si nécessaire.

Les marques de scarificateur électrique

Bosch reste l’une des marques les plus appréciée en raison de leur qualité de fabrication et de leur durabilité. Leur gamme de scarificateurs électriques est très variée, proposant une large sélection de modèles.

Il existe également d’autres marques comme Einhell, Brast, Ryobi, Greenworks, Ikra et Al-Ko qui fabriquent d’excellents scarificateurs électriques. Ces marques possèdent également des caractéristiques variées et des designs uniques pour répondre à une gamme complète de besoins de jardinage.

Les meilleurs scarificateurs électriques – comparatif 2023

La rédaction propose une sélection des meilleurs scarificateurs 7 modèles à découvrir classés par largeur de travail et puissance. Les principales caractéristiques sont mises en valeur afin que vous puissiez faire le bon choix. Les prix varient entre 120 et 350 euros. Toutes les motobineuses sont disponibles en ligne chez notre partenaire Amazon.

🥇 IKRA – scarificateur aérateur électrique IEVL 1840

Ce modèle de scarificateur électrique dispose d’une puissance de 1800W et est équipé de 18 lames en acier qui permettent de scarifier efficacement la pelouse. Il est également doté de 24 griffes qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Avec un poids de 13,5 kg, il est facile à manœuvrer et dispose d’un bac de ramassage d’une capacité de 55 litres pour collecter les débris végétaux. Le prix de ce scarificateur électrique est dans la tranche des 250€.

🥈 Einhell – Scarificateur électrique RG-SA 1433

Ce scarificateur électrique dispose d’une puissance de 1400W et est équipé de 20 lames en acier inoxydable pour scarifier la pelouse. Il est également doté de 48 griffes en acier qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Ce modèle dispose d’un réglage centralisé de la profondeur de travail et d’un bac de ramassage de 28 litres. Avec un poids de 9,3 kg, il est facile à manœuvrer. Le prix de ce scarificateur électrique est dans la tranche des 170€.

🥉 BRAST – scarificateur électrique – 1800W

Ce modèle de scarificateur électrique dispose d’une puissance de 1800W et est équipé de 20 lames en acier pour scarifier efficacement la pelouse. Il est également doté de 48 griffes en acier qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Ce scarificateur électrique dispose d’un bac de ramassage de 55 litres et d’un réglage de la profondeur de travail sur 6 niveaux différents. Avec un poids de 15 kg, il est facile à manœuvrer. Le prix de ce scarificateur électrique est dans la tranche des 170€.

🥉 Greenworks – râteau scarificateur aérateur Gazon GD40SC36

Ce modèle de scarificateur électrique sans fil dispose d’une puissance de 40V et est équipé de 2 ensembles de lames en acier pour scarifier et aérer efficacement la pelouse. Il dispose également d’un réglage de la profondeur de travail sur 5 niveaux différents et d’un bac de ramassage de 45 litres. Avec un poids de 14,3 kg, il est facile à manœuvrer. Le prix de ce scarificateur électrique est dans la tranche des 230€.

AL-KO – Scarificateur thermique AL-KO Combi Care 38 E

Le Scarificateur AL-KO Combi Care 38 E Comfort est un modèle de scarificateur électrique puissant qui est équipé de 14 lames en acier. Il est doté de 32 griffes en acier qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Ce modèle dispose d’un bac de ramassage de 55 litres et d’un réglage de la profondeur de travail sur 5 niveaux différents. Il est facile à manœuvrer grâce à ses roues larges et son guidon pliable, et son poids de 17 kg lui confère une grande stabilité. Le prix de ce scarificateur électrique est dans la tranche des 170€.,

Bosch – scarificateur électrique – UniversalVerticut 1100

Ce scarificateur électrique dispose d’une puissance de 1100W et est équipé de 14 lames en acier pour scarifier efficacement la pelouse. Il est également doté de 10 griffes en acier qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Ce modèle dispose d’un bac de ramassage de 50 litres et d’un réglage de la profondeur de travail sur 5 niveaux différents. Avec un poids de 12,6 kg, son prix est dans la tranche des 230€.

RYOBI – Scarificateur/Aérateur 1400 W

Ce modèle de scarificateur électrique dispose d’une puissance de 1400W et est équipé de 20 lames en acier pour scarifier la pelouse. Il est également doté de 24 griffes en acier qui aèrent le sol pour favoriser la croissance de l’herbe. Ce modèle dispose d’un bac de ramassage de 45 litres et d’un réglage de la profondeur de travail sur 5 niveaux différents. Avec un poids de 14 kg, il est facile à manœuvrer et son prix est dans la tranche des 200€.

Tableau récapitulatif des 7 modèles de scarificateurs électriques

ModèlePuissance (W)Nombre de lamesNombre de griffesCapacité bac (L)Poids (kg)Prix (€)
IKRA IEVL 1840180018245513,5€€€
Einhell RG-SA 143314002048289,3€€
BRAST 1800W180020485515€€
Greenworks GD40SC3640V2N/A4514,3€€€
AL-KO Combi Care 38 E Comfort130014245514,3€€
Bosch UniversalVerticut 1100110014105012,6€€
RYOBI Scarificateur/Aérateur140020244514€€

Comment entretenir un scarificateur électrique ?

Pour garantir son bon fonctionnement, il est essentiel de le nettoyer et de l’entretenir régulièrement. Tout d’abord, il faut nettoyer régulièrement le carter pour enlever les débris et les résidus d’herbe qui s’accumulent pendant l’utilisation.

Ensuite, il est important de vérifier les lames pour s’assurer qu’elles sont aiguisées et qu’elles ne présentent pas de dommages. Il est également recommandé de vérifier et de nettoyer le filtre à air pour éviter l’accumulation de saleté.

Enfin, il est nécessaire de lubrifier les parties mobiles et de stocker l’outil dans un endroit sec et à l’abri des intempéries. En suivant ces étapes simples, vous pouvez prolonger la durée de vie de votre scarificateur électrique et garantir une pelouse saine et belle.

FAQ / Questions et Réponses

Quelle puissance pour un scarificateur électrique

Un scarificateur électrique est une machine qui permet de retirer le feutrage et la mousse qui s’accumulent sur les pelouses. La puissance de cet outil dépend de la taille de la surface à traiter et de la densité de la mousse et du feutrage. Pour une pelouse de petite taille et peu dense, une puissance de 1000 à 1200 watts est suffisante. Cependant, pour une pelouse plus grande et plus dense, il est préférable d’opter pour un scarificateur électrique avec une puissance allant de 1300 à 1800 watts. Il est important de rappeler que la puissance est un critère important dans le choix du scarificateur. Cependant, il ne faut pas négliger les autres critères tels que la profondeur de travail, la largeur de la lame, la capacité de collecte des déchets et la facilité d’utilisation.

Comment passer le scarificateur électrique

Passer le scarificateur électrique est une tâche importante pour maintenir la santé de votre pelouse. Tout d’abord, assurez-vous que la pelouse est sèche avant de commencer. Ensuite, ajustez la profondeur de la lame en fonction de l’état de votre pelouse. Plus la pelouse est dense, plus la lame doit être profonde. Passez ensuite le scarificateur sur la pelouse en effectuant des mouvements croisés pour obtenir un résultat uniforme. Il est important de ramasser les déchets de l’herbe coupée après le passage du scarificateur pour éviter qu’ils n’étouffent votre pelouse. Enfin, n’hésitez pas à arroser votre pelouse après la tonte pour aider à la récupération. En suivant ces étapes simples, vous pouvez aider à améliorer la santé de votre pelouse grâce au scarificateur électrique.

Comment fonctionne un scarificateur électrique

Un scarificateur électrique fonctionne grâce à une série de lames rotatives qui pénètrent dans le sol pour retirer la mousse, les débris et les racines superficielles du gazon. Le moteur électrique du scarificateur est généralement alimenté par une prise électrique, ce qui permet une utilisation facile et sans effort. Le scarificateur est généralement muni d’un sac de récupération qui permet de collecter les particules indésirables pour que vous puissiez les jeter après utilisation. La profondeur des lames peut être réglée en fonction de l’état de votre pelouse, afin que vous puissiez l’utiliser de manière optimale pour obtenir les meilleurs résultats. Les scarificateurs électriques sont des outils qui peuvent donner des résultats professionnels pour n’importe quel jardinier. Ils sont faciles à utiliser et leur conception ergonomique permet une manipulation pratique dans toutes les situations.

Quand passer le scarificateur sur la pelouse ?

Le scarificateur est un outil très utile pour garder une pelouse saine et dense. Il élimine les couches de chaume et de mousse qui étouffent la pelouse en permettant à l’eau, à l’air et aux nutriments d’atteindre les racines. Mais, il est important de savoir quand passer le scarificateur pour ne pas endommager la pelouse. En général, le meilleur moment pour scarifier la pelouse est en début de printemps ou en automne, lorsque la croissance de la pelouse est la plus active. Cependant, cela dépend également des conditions météorologiques et de l’état de la pelouse. Si la pelouse est très dense, ou si elle présente des taches de mousse ou d’herbe morte, il peut être nécessaire de scarifier plusieurs fois par an. En revanche, si la pelouse est en bonne santé, une seule scarification annuelle suffit. Il est donc important de surveiller régulièrement l’état de la pelouse et de passer le scarificateur au bon moment pour maintenir une pelouse saine et dense.

🏆Meilleures motobineuses électriques (2023) : guide et comparatif

Meilleures motobineuses électriques (2023) : guide et comparatif

Alors que le printemps arrive à grand pas, l’on a très envie de redonner vie à son jardin ou à son potager. Et pour y parvenir efficacement, l’utilisation d’une motobineuse électrique devient incontournable. Toutefois, choisir le meilleur engin peut s’avérer être un véritable casse-tête. Entre la puissance, les fonctionnalités et le budget, il y a beaucoup de critères à prendre en compte pour trouver l’appareil qui conviendra. 

Dans cet article, nous vous donnerons les clés pour choisir votre motobineuse électrique.

Par ailleurs, afin de faciliter ce choix, la rédaction a pris le temps de rechercher différentes motobineuses électriques et d’en évaluer leurs caractéristiques. Nous avons sélectionné les 8 meilleures motobineuses électriques du moment en prenant en compte la qualité, la performance et le prix.

Quel engin pour retourner la terre ?

 Si vous êtes un(e) fervent(e) adepte de jardinage et que vous souhaitez cultiver votre potager, vous savez qu’il est important de bien préparer la terre avant de planter. Pour se faire, il est nécessaire de retourner la terre. Mais quel engin utiliser pour le faire ? Tout dépend de la taille de votre jardin. Si vous avez un petit potager, vous pouvez opter pour une bêche ou une fourche. Si vous avez un grand terrain à cultiver, vous vous vous tournerez plutôt vers une motobineuse ou un motoculteur. Le choix de l’outil dépendra également de la qualité de votre sol : s’il est lourd et argileux, une machine sera plus efficace pour retourner la terre. En revanche, s’il est léger et bien aéré, une bêche pourra suffire.

Motobineuse et motoculteur : différences

La distinction entre une motobineuse et un motoculteur est avant tout liée à leur performance. En effet, la motobineuse est un outil conçu pour travailler sur des petites surfaces ou plate-bande, souvent inférieures à 500 m². Elle est équipée de fraises qui pénètrent le sol pour désherber et aérer la terre en profondeur afin de faciliter la plantation de légumes ou de fleurs. 

Le motoculteur, quant à lui, est destiné à des surfaces plus importantes et doté d’un module de labourage qu’il utilise pour retourner la terre et la préparer à la plantation. Pour pouvoir travailler sur des terrains plus accidentés ou de creuser plus profondément dans le sol, la puissance d’un motoculteur est requise.

La motobineuse est un outil adapté pour les petits travaux de jardinage, tandis que le motoculteur est l’outil pour les jardins ou les champs plus vastes qui nécessitent un travail plus intensif.

Une motobineuse électrique ou thermique ?

Si vous cherchez à retourner le sol de votre jardin afin de planter de nouvelles semences, une motobineuse reste une solution pratique à cet usage. Il existe la motobineuse en 2 versions : électrique et thermique. Si vous voulez une machine respectueuse de l’environnement et à un prix abordable, une motobineuse électrique est certaine la bonne option. Elle est silencieuse, facile à entretenir et à utiliser. 

A contrario, une motobineuse thermique est plus puissante et peut couvrir une surface plus grande, mais elle peut être plus bruyante, plus lourde et plus chère. Si vous devez traiter de grandes zones de terre ou si vous vivez dans une zone rurale où l’électricité est limitée voire inexistante, une motobineuse thermique serait plus appropriée.

À quel moment de l’année faut-il utiliser une motobineuse ?

 L’utilisation d’une motobineuse est essentielle pour préparer son sol avant les cultures. Il est recommandé de l’employer dès la fin de l’hiver et au printemps. C’est le moment idéal pour retourner la terre, éliminer les mauvaises herbes et les racines, aérer le sol et le fertiliser. Le sol est encore mou et l’humidité du printemps assure une meilleure germination des graines.

De plus, l’utilisation de la motobineuse en début de saison permet de gagner du temps et de faciliter les tâches de jardinage ultérieures. Il est également possible d’utiliser une motobineuse à l’automne pour préparer le sol avant l’hiver. Cependant, il ne faut pas l’employer lorsque le sol est trop sec ou lorsque les températures sont trop chaudes, car cela peut endommager le sol et les cultures.

Quelle motobineuse électrique choisir ?

Lorsqu’il s’agit de choisir sa motobineuse électrique, la prise en compte de plusieurs facteurs est essentielle. Tout d’abord, il vous faudra évaluer au préalable la taille du jardin ou du potager, afin de choisir une motobineuse électrique qui convient aux dimensions du terrain.

Ensuite, il est recommandé de se tourner vers des marques reconnues pour leur fiabilité et leur durabilité, telles que Einhell, Masko, Ryobi, Deltafox, Costway, Ikra ou encore Bosch.

Il faut aussi faire attention à la largeur et à la profondeur de travail de la motobineuse électrique, afin de s’assurer qu’elle sera capable de répondre à vos besoins spécifiques en matière de jardinage. La largeur de travail est un élément vital car elle permet de définir la surface de terrain que vous pourrez utiliser. La profondeur de travail définit quant à elle la capacité de la motobineuse à travailler la terre en pénétration. 

Le poids et la maniabilité de l’engin sont des critères importants pour les jardiners qui souhaitent un outil simple et facile à utiliser. Les interrupteurs et le guidon doivent être facilement réglables. Certains modèles sont dotés de caractéristiques supplémentaires, (poignée ergonomique, guidon orientable) et la plupart sont pliables pour faciliter le rangement.

Quelle puissance choisir pour être efficace ?

La puissance d’une motobineuse électrique dépend principalement de la nature et de l’état du sol à travailler. Pour un terrain léger ou moyen, une motobineuse électrique d’une puissance comprise entre 750 et 1500 watts peut suffire à la tâche.

En revanche, pour un sol plus lourd ou dur, il est recommandé d’utiliser une motobineuse électrique plus puissante, avec une puissance allant jusqu’à 2000 watts. La puissance de la machine influe également sur la largeur de travail, car une motobineuse plus puissante pourra travailler sur une plus grande surface en une seule passe. Dans tous les cas, il est important de choisir une motobineuse électrique qui répond aux besoins spécifiques de son jardin ou de sa zone cultivée.

Les meilleures motobineuses électriques – comparatif 2023

La rédaction propose une sélection des meilleures motobineuses avec 8 modèles à découvrir classés par largeur de travail et puissance. Les principales caractéristiques sont mises en valeur afin que vous puissiez faire le bon choix. Les prix varient entre 140 et 250 euros. Toutes les motobineuses sont disponibles en ligne chez notre partenaire Amazon.

Motobineuse électrique 750 W, Largeur 36,5 cm ( DELTAFOX )

La bineuse électrique DELTAFOX est équipée d’un moteur de 750 watts et peut être réglée sur deux largeurs de travail : 19 cm et 36,5 cm. Elle est légère et maniable, avec seulement 8,5 kg environ, et dispose d’une transmission sans entretien et d’un moteur électrique robuste. Le longeron rabattable avec arceau-poignée permet un rangement peu encombrant et un travail qui ménage le dos, tandis que le cache de protection en acier, l’interrupteur de sécurité et le clip de ceinture fournissent une sécurité maximale lors de l’utilisation de la bineuse.

Motobineuse électrique 18 V, Largeur 20 cm ( RYOBI )

Ce produit de bineuse RYOBI est conçu pour ameublir et éliminer les mauvaises herbes des plates-bandes et des parterres de jardin. Il dispose de 4 fraises en métal de 12 dents pour une largeur de travail de 20 cm et une profondeur de travail de 10 cm. Il offre également 3 vitesses de travail pour s’adapter aux différents types de sols. La bineuse dispose également de poignées intelligentes et d’un système de démarrage sécurisé pour une utilisation plus confortable et plus sûre. Le produit est livré avec une garantie de 2 ans, avec une extension d’un an si le produit est enregistré dans les 30 jours suivant l’achat.

Motobineuse électrique 18 V, Largeur 20 cm ( BOSCH )

La motobineuse sans fil TL 1820 de Bosch est légère (3,8 kg avec batterie), maniable et pratique pour l’émiettement, le desserrage et le désherbage. Elle dispose de lames en métal d’une largeur de travail de 20 cm et d’un diamètre de lame de 15 cm, ainsi qu’un indicateur de niveau de batterie intégré dans la poignée.

🥈 Motobineuse électrique 1400 W, Largeur 40 cm ( Einhell )

La motobineuse électrique GC-RT 1440 M est puissante, légère et facile à manier, avec une largeur de travail de 40 cm et une profondeur optimale de 20 cm. La sécurité est primordiale avec un double interrupteur de sécurité et un système anti-arrachement du câble. La maniabilité est optimale grâce à son guidon ergonomique et ses roues réglables en hauteur pour faciliter le déplacement. Enfin, Einhell propose une qualité allemande et une garantie de durabilité pour répondre aux besoins de jardinage jusqu’à 150m².

🥉 Motobineuse électrique 1500 W, Largeur 40 cm ( MASKO )

Cette motobineuse électrique dispose d’un moteur puissant de 1500 watts conçu pour les travaux difficiles sur sol argileux. Les roues de transport permettent un déplacement facile et les poignées ergonomiques assurent un travail sans effort. Les 24 lames rotatives assurent une grande efficacité. Le rangement est facile grâce à son armature robuste et repliable. La motobineuse dispose également de plusieurs dispositifs de sécurité, tels qu’un interrupteur de sécurité et un garde-boue en acier pour éviter les projections de pierres et de terre.

Motobineuse électrique 1500 W, Largeur 43 cm ( Costway )

Cette motobineuse dispose d’un moteur développant 13,5 ampères avec une vitesse maximale de 400 tr/min pour ameublir rapidement les sols les plus durs tout en offrant une bonne stabilité. Il est équipé d’une commande marche/arrêt et un bouton de sécurité ainsi qu’un bouclier pour prévenir les projections. La zone de travail est de 43 cm en largeur et 22 cm de profondeur. Elle est équipée de 6 lames pour creuser des tranchées et installer profondément des plantations. Elle peut être rangé grâce à des boutons rotatifs sur deux positions du châssis et les roulettes peuvent être abaissées.

🥇 Motobineuse électrique 1500 W, Largeur 45 cm ( Einhell )

La motobineuse électrique GC-RT 1545 M Einhell reste un outil léger et maniable d’une puissance de 1500 Watts pour ameublir efficacement les sols. Elle est entraînée par un puissant moteur et 6 fraises de binage qui travaillent la terre jusqu’à 22 cm de profondeur, même dans des sols secs, durs et rocailleux. L’interrupteur de sécurité 2 points arrête les fraises de binage dès qu’on le relâche pour assurer une sécurité optimale. Les roues réglables en hauteur se déplient pour le transport et se rétractent lorsque l’outil est en fonctionnement. Le guidon ergonomique et repliable permet de travailler en tout confort et de ranger la motobineuse avec un faible encombrement.

Motobineuse électrique 1500 W, Largeur 45 cm ( IKRA )

Idéal pour assouplir le sol et pour préparer le lit de semences. La tourbe, les engrais et le compost peuvent être facilement introduits dans le sol avec l’appareil doté de 3 largeurs de travail différentes : 17cm, 30cm et 45cm. La profondeur de travail est de 23 cm. Les 6 fraises dotées chacune de 4 lames démontables pour différentes largeurs de travail. Le moteur de 1500 watts est suffisamment puissant et silencieux.

FAQ / Questions et Réponses

Faut-il désherber avant de passer la motobineuse ?

Il est recommandé de désherber avant de passer la motobineuse car cela permet de faciliter le travail du sol. En effet, les mauvaises herbes peuvent gêner l’action de la motobineuse et provoquer des irrégularités dans le sol, ce qui peut nuire à la croissance des plantes. En enlevant les mauvaises herbes avant de passer la motobineuse, on peut aussi éliminer les racines en profondeur et éviter qu’elles ne repoussent par la suite. De plus, cela permet d’aérer le sol et de le rendre plus fertile. Cependant, il est important de choisir le moment opportun pour désherber afin de ne pas perturber la croissance des plantes déjà en place. Il est recommandé de désherber après les périodes de pluie pour faciliter l’arrachage des mauvaises herbes et de le faire à la main ou à l’aide d’un outil adapté pour éviter d’abîmer les plantes voisines.

Pourquoi opter pour une petite motobineuse ?

Opter pour une petite motobineuse peut être une excellente option si vous avez un petit jardin ou un potager à cultiver. Non seulement ces machines sont moins chères, mais elles sont également plus compactes et plus faciles à manœuvrer. Elles sont idéales pour travailler la terre en vue de la préparation d’un lit de semences ou pour la plantation de petits plants. En outre, leur petite taille permet de travailler dans des endroits difficiles d’accès, tels que les allées étroites ou les coins du jardin. De plus, elles sont plus économiques en termes de consommation de carburant et d’entretien.

Quel est le poids d’une motobineuse électrique ?

Le poids d’une motobineuse électrique varie en fonction du modèle et de la capacité du moteur électrique. En général, les motobineuses électriques sont plus légères que les versions à essence, car elles ne nécessitent pas de réservoir de carburant ou d’autres composants lourds. Le poids de la plupart des motobineuses électriques oscille entre 10 et 20 kg. Le poids de la machine est également influencé par la largeur de travail de la motobineuse, ainsi que par les caractéristiques de la terre à travailler. Les motobineuses électriques sont de plus en plus appréciées pour leur légèreté, leur facilité d’utilisation et leur faible impact environnemental, offrant ainsi une solution pratique et durable pour le travail du sol dans les jardins, les potagers ou les petites exploitations agricoles.

Vous souhaitez créer un gazon ?

Si vous souhaitez créer un gazon, il est important de commencer par préparer le sol. Enlevez toutes les racines, pierres, débris et autres éléments qui pourraient empêcher la croissance de l’herbe. Ensuite, ajoutez un peu de compost ou de terreau pour aider à améliorer la qualité du sol. Il est essentiel de bien arroser le sol avant de semer les graines afin de permettre une bonne germination. Une fois les graines semées, il est important de maintenir le sol humide pour que les graines puissent germer et pousser correctement. N’oubliez pas de tondre régulièrement le gazon une fois qu’il a un peu poussé pour encourager une croissance saine. En suivant ces étapes, vous pouvez créer un beau gazon pour votre maison ou votre jardin.

Matériaux 2D magnétiques et hydrogène : un duo prometteur

Matériaux 2D magnétiques et hydrogène : un duo prometteur

Les matériaux bidimensionnels magnétiques, composés d’une ou de quelques couches atomiques, n’ont été découverts que récemment et promettent des applications intéressantes, notamment pour l’électronique du futur. Cependant, jusqu’à présent, il n’a pas été possible de contrôler suffisamment les états magnétiques de ces matériaux.

Une équipe de recherche germano-américaine dirigée par le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et l’Université technique de Dresde (TUD) présente dans la revue Nano Letters une idée innovante qui pourrait permettre de surmonter cette lacune, en permettant à la couche 2D de réagir avec l’hydrogène.

Des matériaux 2D aux propriétés uniques

Les matériaux 2D sont ultra-minces, parfois composés d’une seule couche atomique. En raison de leurs propriétés particulières, cette classe de matériaux encore jeune offre des perspectives passionnantes pour la spintronique et le stockage de données.

En 2017, des experts ont découvert une nouvelle variante : des matériaux 2D magnétiques. Cependant, il a été difficile jusqu’à présent de basculer ces systèmes entre deux états magnétiques grâce à des influences chimiques ciblées, une condition préalable à la construction de nouveaux types de composants électroniques.

Une approche innovante basée sur l’hydrogène

Pour surmonter ce problème, une équipe de recherche du HZDR et de la TUD, dirigée par Rico Friedrich, responsable d’un groupe de recherche junior, s’est concentrée sur un groupe particulier de matériaux 2D : les couches obtenues à partir de cristaux dans lesquels il existe des liaisons chimiques relativement fortes, appelés matériaux 2D non van der Waals.

Friedrich et son équipe ont eu l’idée suivante : si la surface réactive de ces matériaux 2D était amenée à réagir avec l’hydrogène, il devrait être possible d’influencer spécifiquement les propriétés magnétiques des couches minces. Cependant, on ne savait pas quels systèmes 2D étaient particulièrement adaptés à cet effet.

Changement de la densité d’aimantation du matériau 2D non van der Waals CdTiO3 lors de l’hydrogénation, avec sa structure atomique passivée superposée. Les régions rouges indiquent une augmentation de l’aimantation, tandis que les régions bleues signalent une réduction correspondante. (HZDR / Tom Barnowsky)

Identification de candidats

Pour répondre à cette question, les experts ont passé au crible leur base de données de 35 nouveaux matériaux 2D et ont effectué des calculs détaillés et approfondis en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité. Le défi consistait à assurer la stabilité des systèmes passivés à l’hydrogène en termes d’aspects énergétiques, dynamiques et thermiques, et à déterminer l’état magnétique correct.

Au final, quatre matériaux 2D prometteurs ont été identifiés. Le groupe les a examinés de plus près une fois de plus. «Nous avons pu identifier trois candidats qui pourraient être activés magnétiquement par passivation à l’hydrogène», rapporte Friedrich. Un matériau appelé titanate de cadmium (CdTiO3) s’est avéré particulièrement remarquable : il devient ferromagnétique, c’est-à-dire un aimant permanent, sous l’influence de l’hydrogène.

Vers des applications concrètes

Les trois candidats traités à l’hydrogène devraient être faciles à contrôler magnétiquement et pourraient donc convenir à de nouveaux types de composants électroniques. Comme ces couches sont extrêmement minces, elles pourraient être facilement intégrées dans des composants plats, un aspect important pour les applications potentielles.

« La prochaine étape consiste à confirmer expérimentalement nos résultats théoriques. Et plusieurs équipes de recherche tentent déjà de le faire, par exemple à l’Université de Kassel et à l’Institut Leibniz de recherche sur les matériaux solides de Dresde. » déclare Rico Friedrich.

Mais la recherche sur les matériaux 2D se poursuit également au HZDR et à la TUD : entre autres, Friedrich et son équipe travaillent sur de nouveaux types de matériaux 2D qui pourraient être pertinents à long terme pour la conversion et le stockage d’énergie.

L’un des axes de recherche est la possibilité de diviser l’eau en oxygène et en hydrogène. L’hydrogène vert ainsi obtenu pourrait alors être utilisé, par exemple, comme moyen de stockage d’énergie pour les périodes où l’énergie solaire et éolienne est insuffisante.

Article : “Magnetic State Control of Non-van der Waals 2D Materials by Hydrogenation”. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04777

Sidérurgie : la plus grande ligne de décapage push-pull au monde

L'industrie sidérurgique est en constante évolution, cherchant à améliorer ses processus de production pour répondre aux exigences croissantes du marché. Primetals Technologies vient de mettre en place la plus grande ligne de décapage push-pull au monde dans l'usine sidérurgique de HBIS Tangsteel à Laoting, dans la province du Hebei, en Chine.

L’industrie sidérurgique est en constante évolution, cherchant à améliorer ses processus de production pour répondre aux exigences croissantes du marché. Primetals Technologies vient de mettre en place la plus grande ligne de décapage push-pull au monde dans l’usine sidérurgique de HBIS Tangsteel à Laoting, dans la province du Hebei, en Chine.

L’objectif principal de la ligne de décapage push-pull de Primetals Technologies est de permettre une gamme de produits extraordinairement large en termes de dimensions de bande, de propriétés des nuances d’acier et de capacité de production. Cela est normalement réalisé en exploitant parallèlement une ligne de décapage continue conventionnelle et une ligne de décapage push-pull. Ainsi, celle-ci offre un net avantage par rapport aux lignes de décapage push-pull conventionnelles en termes de flexibilité.

La ligne de décapage push-pull de HBIS Tangsteel est équipée d’un laminoir de skin-pass à 4 cylindres en ligne. Un système de contrôle de la planéité ajuste les propriétés mécaniques en permettant un allongement contrôlé. Grâce au laminoir de skin-pass, les opérateurs de la ligne de décapage push-pull ont encore plus de contrôle sur la planéité de la bande.

Un débit maximisé

Soutenu par une solution innovante d’analyse et de contrôle automatisés du processus de décapage, le personnel de HBIS Tangsteel dispose désormais d’une vue d’ensemble complète de tous les aspects du processus et est en mesure de le contrôler de manière très précise. Intégré à la solution d’automatisation de niveau 2, le système s’appuie sur un modèle logiciel de décapage sophistiqué qui prend en compte de nombreux paramètres liés à la bande entrante. Il a été conçu pour garantir des conditions de fonctionnement optimales en termes de température, de niveaux de décapage, de débits et de turbulence.

L’application du modèle de décapage permet d’augmenter considérablement la capacité de débit tout en assurant une utilisation optimale de l’énergie et une consommation minimale de liquide de décapage.

La ligne de décapage push-pull est également équipée d’une cisaille latérale de type tête de tourelle traitant des épaisseurs de deux à huit millimètres. Ce type de cisaille très efficace augmente le débit et maximise la qualité des bords de la bande.

Expédition dans plus de 100 pays

Principale filiale sidérurgique de HBIS, HBIS Tangsteel est l’une des plus grandes entreprises sidérurgiques publiques de Chine. Les principaux produits de Tangsteel sont : les tôles laminées à chaud et à froid, les tôles galvanisées, les tôles moyennes et lourdes, ainsi que les produits longs, qui sont largement utilisés dans l’automobile, l’électroménager, la construction mécanique, les infrastructures, la construction de ponts et d’autres secteurs.

Les produits sont expédiés dans plus de 100 pays à travers le monde. Tangsteel s’engage à fournir les matériaux en acier les plus précieux et des solutions de service complètes pour les entreprises en aval.

Primetals Technologies est une société du groupe Mitsubishi Heavy Industries, avec environ 7 000 employés dans le monde.

/CP

Quand l’oxydo-réduction booste les performances thermoélectriques

Quand l'oxydo-réduction booste les performances thermoélectriques

Les chercheurs de l’Institut d’ingénierie chimique de l’Académie des sciences de la province du Guangdong et de l’Université de technologie du Guangdong ont mis au point un nouveau dispositif de conversion thermoélectrique qui améliore considérablement les performances grâce à une combinaison organique de l’effet de diffusion thermique et de la réaction d’oxydo-réduction sur l’électrode.

Le chercheur Wei Zeng de l’Institut d’ingénierie chimique de l’Académie des sciences de la province du Guangdong, en collaboration avec le professeur associé Dongyu Zhu de l’Université de technologie du Guangdong, a conçu et préparé un tout nouveau dispositif de conversion thermoélectrique. Ce dernier améliore de manière spectaculaire les performances de la conversion thermoélectrique grâce à la combinaison organique de l’effet de diffusion thermique et de la réaction d’oxydo-réduction sur l’électrode.

La feuille d’électrode du dispositif thermoélectrique est constituée d’un hydrogel ionique, qui est pris en sandwich entre les électrodes pour former le dispositif. Le bleu de Prusse présent sur l’électrode subit une réaction d’oxydo-réduction qui améliore la densité d’énergie et la densité de puissance du générateur thermoélectrique ionique.

Des résultats prometteurs pour l’avenir

Le professeur Zeng Wei de l’Institut d’ingénierie chimique de l’Académie des sciences du Guangdong a déclaré qu’au début, le groupe menait principalement des recherches basées sur l’effet de diffusion thermique et publiait une série de résultats de recherche. Malgré cela, leurs résultats n’ont jamais atteint l’effet escompté et les perspectives d’application pratique n’étaient pas optimistes.

Plus tard, ils ont essayé d’apporter une amélioration supplémentaire sur la base de l’effet de courant thermique, c’est-à-dire d’incorporer la réaction d’oxydo-réduction de l’électrode. La raison en est que l’effet de courant thermique est une réaction d’oxydo-réduction dans l’électrolyte, de sorte que le gain et la perte d’électrons se produisent principalement dans la solution. Non seulement les électrons de l’électrolyte ont plus de difficultés à migrer vers l’électrode, mais ils doivent également parcourir une certaine distance, ce qui entraîne à la fois une diminution de l’efficacité de conversion et une perte inefficace d’électrons.

Si l’oxydo-réduction peut être réalisée directement au niveau des électrodes, c’est-à-dire si les ions sont autorisés à atteindre les électrodes puis à subir des réactions d’oxydo-réduction de manière thermiquement induite, plutôt que d’être entraînés par un courant électrique, la distance parcourue par les électrons peut être très bien réduite, ce qui permet d’obtenir des rendements de conversion thermoélectrique élevés et une augmentation significative du temps pendant lequel le dispositif thermoélectrique peut fournir de l’énergie à l’extérieur.

«Dans ce travail, la densité de puissance instantanée a atteint 3,7 mW/m2K2. De plus, la densité d’énergie de sortie était de 194 J/m2 pendant 2 heures avec un gradient de température de 10 K, et l’efficacité relative de Carnot était aussi élevée que 0,12% à une température du côté chaud (TH) de 30 °C et une température du côté froid (TC) de 20 °C», a déclaré Zeng Wei.

Schéma du dispositif de conversion thermoélectrique ionique. Image : Institut de génie chimique, Académie des sciences de Guangdong

De nombreuses applications potentielles

En termes d’applications, le dispositif est donc déjà capable d’alimenter en continu des appareils électroniques tels que des appareils électroniques portables et des capteurs. De plus, l’équipe souhaite élargir davantage les applications, comme l’utilisation du dispositif pour les systèmes d’énergie solaire photothermique et la récupération de chaleur à l’extérieur des murs des bâtiments.

Plus précisément, la température à laquelle la lumière du soleil frappe un panneau solaire se situe généralement entre 60 et 80 degrés Celsius, soit une différence de quelques dizaines de degrés Celsius par rapport à la température ambiante réelle. Mais si le dispositif thermoélectrique actuellement développé est fixé à l’arrière du panneau solaire, il peut convertir davantage l’énergie thermique gaspillée en électricité, augmentant ainsi l’efficacité de la production d’énergie solaire. Et en utilisant les dispositifs pour la récupération de chaleur à l’extérieur des murs des bâtiments, l’objectif d’alimenter le bâtiment lui-même peut être atteint.

Les prochaines étapes de la recherche

En ce qui concerne le plan de suivi de cette recherche, Zeng Wei a déclaré qu’actuellement, l’utilisation principale de la polyaniline pour modifier l’électrode, ses caractéristiques d’oxydo-réduction et sa capacité sont relativement limitées. Par conséquent, la prochaine étape consiste à trouver davantage de matériaux qui correspondent au potentiel thermique étudié afin d’augmenter encore la densité des électrodes d’oxydo-réduction et l’énergie fournie à l’extérieur.

Dans le même temps, l’équipe prévoit également d’améliorer la capacité spécifique des électrodes et d’augmenter la surface spécifique pour mieux accroître le rapport de capacité des électrodes. En outre, ils continueront à optimiser la conception structurelle de l’hydrogel lui-même et à élargir le choix des matériaux.

Article : “Energy Density in Ionic Thermoelectric Generators by Prussian Blue Electrodes”. DOI: 10.34133/energymatadv.0089

Courants de spin : une découverte qui bouleverse la spintronique

Courants de spin : une découverte qui bouleverse la spintronique

La spintronique, un domaine de recherche en plein essor, suscite un intérêt croissant pour ses nombreux avantages potentiels par rapport à l’électronique conventionnelle. Les chercheurs explorent constamment de nouvelles façons de créer, de supprimer et de contrôler les courants de spin pour de futures applications, mais leur détection reste un défi de taille.

Une découverte révélatrice sur la propagation des courants de spin

Une équipe de chercheurs, menée par Yusuke Nambu, professeur associé à l’Institut de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku, a fait une découverte majeure dans la compréhension de la propagation des courants de spin dans les matériaux isolants magnétiques.

En combinant des mesures de diffusion de neutrons et de tension, les scientifiques ont démontré que les propriétés magnétiques du matériau peuvent prédire comment un courant de spin varie en fonction de la température. Ils ont constaté que le signal du courant de spin change de direction à une température magnétique spécifique et diminue à basse température.

Lien entre polarisation des magnons et inversion du courant de spin

Les chercheurs ont également découvert que la direction du spin, ou polarisation des magnons, s’inverse au-dessus et en-dessous de cette température magnétique critique. Ce changement de polarisation des magnons est corrélé à l’inversion du courant de spin, ce qui éclaire sa direction de propagation.

De plus, le matériau étudié présentait des comportements magnétiques avec des énergies de gap distinctes. Cela suggère qu’en dessous de la température liée à cette énergie de gap, les porteurs de courant de spin sont absents, ce qui entraîne la diminution observée du signal de courant de spin à basse température.

Vers une meilleure prédiction des courants de spin

Yusuke Nambu souligne l’importance de comprendre les détails microscopiques dans la recherche en spintronique :

« En clarifiant les comportements magnétiques et leurs variations de température, nous pouvons acquérir une compréhension globale des courants de spin dans les isolants magnétiques, ouvrant la voie à une prédiction plus précise des courants de spin et au développement potentiel de matériaux avancés aux performances améliorées. »

Cette étude jette un nouvel éclairage sur la propagation des courants de spin dans les matériaux isolants magnétiques et ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de dispositifs spintroniques plus efficaces et performants.

“Understanding spin currents from magnon dispersion and polarization: Spin-Seebeck effect and neutron scattering study on Tb3Fe5O12”. Auteurs: Y. Kawamoto, T. Kikkawa, M. Kawamata, Y. Umemoto, A. G. Manning, K. C. Rule, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, M. Fujita, E. Saitoh, K. Kakurai, and Y. Nambu. Applied Physics Letters / DOI: 10.1063/5.0197831

La synthèse de l’ammoniac à basse température : une avancée majeure

La synthèse de l'ammoniac à basse température : une avancée majeure

La production d’ammoniac, un composé essentiel utilisé dans les engrais, pourrait bientôt devenir plus écologique grâce à une découverte réalisée par une équipe de chercheurs dirigée par Satoshi Kamiguchi du RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) au Japon.

Un catalyseur pour une synthèse d’ammoniac à basse température

L’étude, publiée dans la revue scientifique Chemical Science, décrit un nouveau catalyseur capable de fonctionner de manière stable à des températures relativement basses, réduisant ainsi la quantité d’énergie et d’argent nécessaire à la synthèse de l’ammoniac. Ce composé est obtenu en dissociant les molécules d’hydrogène (H2) et d’azote (N2) et en combinant les éléments individuels pour former du gaz ammoniac (NH3) via le processus Haber-Bosch, qui nécessite une pression et des températures extrêmement élevées, ainsi qu’un catalyseur à base de fer.

Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs du RIKEN CSRS ont développé une méthode plus écologique et économe en énergie, capable de fonctionner de manière stable à des températures bien inférieures sans être désactivée. « L’astuce consistait à utiliser des particules métalliques de molybdène ultra-petites préparées à partir d’un cluster moléculaire d’halogénure de métal hexanucléaire, qui a ensuite été activé avec de l’hydrogène gazeux », explique Satoshi Kamiguchi.

Crédit : RIKEN

Une production d’ammoniac continue pendant plus de 500 h à 200°C

Une fois activées, plusieurs atomes de molybdène travaillent ensemble pour briser rapidement les fortes liaisons azote-azote et favoriser la synthèse de l’ammoniac. Lors des tests, cette nouvelle méthode a permis de créer de l’ammoniac à partir d’azote et d’hydrogène gazeux de manière continue pendant plus de 500 heures à 200°C, réduisant considérablement la température requise par rapport au processus Haber-Bosch conventionnel.

En plus de son impact sur l’industrie des engrais, cette nouvelle façon de produire de l’ammoniac pourrait indirectement contribuer à réduire les émissions de carbone si le carburant à base d’ammoniac était utilisé à l’échelle mondiale. Ce dernier peut être brûlé directement dans les moteurs à combustion interne sans émettre de CO2, mais n’est pas devenu une alternative pratique en raison du processus Haber-Bosch très énergivore.

L’ammoniac, un vecteur idéal pour le stockage de l’hydrogène

Parallèlement au stockage de l’azote pour les engrais, l’ammoniac permet également de stocker l’hydrogène, considéré par certains comme la source d’énergie idéale. Lorsque l’hydrogène stocké est nécessaire, il peut être libéré de l’ammoniac et utilisé comme carburant sans émettre de dioxyde de carbone.

« Le remplacement du processus Haber-Bosch par notre nouvelle méthode devrait entraîner des économies d’énergie à l’échelle mondiale », souligne Satoshi Kamiguchi. « Si les carburants à base d’ammoniac et d’hydrogène sont utilisés en quantités beaucoup plus importantes, la réduction considérable de l’énergie nécessaire à la synthèse de l’ammoniac entraînera une diminution des émissions de CO2 et contribuera à prévenir le réchauffement climatique. »

Cependant, un problème subsiste : l’hydrogène nécessaire à la production d’ammoniac est encore lui-même produit à partir de combustibles fossiles, ce qui entraînerait également d’énormes émissions de CO2 et une consommation d’énergie considérable.

Satoshi Kamiguchi note donc : « Lorsque notre système de catalyseur sera combiné à une production d’hydrogène vert à partir d’énergies renouvelables, les émissions de CO2 responsables du réchauffement climatique pourraient être encore plus réduites. »

Actuellement, l’équipe de recherche se concentre sur l’ajout de promoteurs au catalyseur à base de molybdène afin de rendre la synthèse de l’ammoniac plus efficace.

Kamiguchi et al. (2024) Catalytic ammonia synthesis on HY-zeolite-supported angstrom-size molybdenum cluster. Chem Sci. doi: 10.1039/D3SC05447K

Impression 3D : des capteurs laser pour une évaluation 100% fiable

Impression 3D : des capteurs laser pour une évaluation 100% fiable

Les chercheurs de l’Université de Bristol ont développé une nouvelle approche mathématique pour optimiser la conception et le déploiement de capteurs à ultrasons basés sur le laser, ouvrant ainsi l’accès à une évaluation plus efficace de l’intégrité mécanique des composants métalliques fabriqués par impression 3D.

Dans leur étude publiée dans la revue “Waves in Random and Complex Media”, les chercheurs ont dérivé une formule qui peut éclairer les limites de conception pour la géométrie et la microstructure matérielle d’un composant donné. Cette formule mathématique intègre les paramètres de conception associés au laser à ultrasons et la nature du matériau particulier, permettant ainsi de mesurer la quantité d’informations qui sera produite par le capteur pour évaluer l’intégrité mécanique du composant.

Le professeur Anthony Mulholland, chef du département d’ingénierie, de mathématiques et de technologie, a expliqué : «Il existe une méthode de détection potentielle utilisant un réseau à ultrasons basé sur le laser, et nous utilisons la modélisation mathématique pour guider la conception de cet équipement avant son déploiement in situ.»

La percée clé réside dans l’utilisation de capteurs à réseau à ultrasons, qui sont essentiellement les mêmes que ceux utilisés en imagerie médicale, par exemple pour créer des images de bébés dans l’utérus. Cependant, ces nouvelles versions basées sur le laser ne nécessiteraient pas que le capteur soit en contact avec le matériau.

L’équipe a construit un modèle mathématique qui intégrait la physique des ondes ultrasonores se propageant à travers un matériau métallique stratifié (tel que fabriqué de manière additive), en tenant compte de la variabilité que l’on obtient entre chaque composant fabriqué.

Les chercheurs espèrent que leur découverte accélérera la conception et le déploiement de cette solution proposée à cette opportunité de fabrication. Ils prévoient d’utiliser les résultats pour aider leurs collaborateurs expérimentaux qui conçoivent et construisent les réseaux à ultrasons basés sur le laser.

Ces capteurs seront ensuite déployés in situ par des bras robotiques dans un environnement de fabrication additive contrôlé. Ils maximiseront le contenu informationnel des données produites par le capteur et créeront des algorithmes d’imagerie sur mesure pour générer des images tomographiques de l’intérieur des composants fournis par leurs partenaires industriels.

Le professeur Mullholland a conclu : «L’ouverture de l’impression 3D dans la fabrication de composants critiques pour la sécurité, tels que ceux que l’on trouve dans l’industrie aérospatiale, offrirait un avantage commercial significatif à l’industrie britannique. L’absence de moyen d’évaluer l’intégrité mécanique de ces composants est le principal obstacle à la concrétisation de cette opportunité passionnante. Cette étude a construit un modèle mathématique qui simule l’utilisation d’un nouveau capteur basé sur le laser, qui pourrait apporter la solution à ce problème, et cette étude accélérera la conception et le déploiement du capteur.»

Article : “A probabilistic approach to modelling ultrasonic shear wave propagation in locally anisotropic heterogeneous media”. 10.1080/17455030.2024.2341283

Cellules solaires à couches minces de type kestérite : une efficacité supérieure 

Cellules solaires à couches minces de type kestérite : une efficacité supérieure 

Les cellules solaires à couches minces de type kestérite, composées de matériaux comme le cuivre, le zinc et l’étain, offrent des avantages en termes d’équilibre des ressources et de rentabilité. Malgré les recherches menées jusqu’à présent, leur efficacité reste relativement faible.

Aussi, une équipe de chercheurs de Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk s’est penchée sur la caractérisation de la séparation des électrons et des trous dans la couche absorbante de lumière de ces cellules, dans le but d’améliorer leur rendement et de promouvoir l’utilisation de l’énergie verte.

Les cellules solaires à couches minces de type kestérite absorbent la lumière du soleil pour créer des électrons et des trous, qui se recombinent ensuite pour générer de l’électricité. Cependant, des pertes se produisent au cours de ce processus. Pour résoudre ce problème, il est important d’identifier la nature de la séparation des électrons et des trous qui provoque leur séparation rapide.

L’équipe de recherche a utilisé la microscopie à sonde à balayage pour caractériser la séparation des électrons et des trous à l’intérieur et à l’interface des cristaux dans la couche absorbante de lumière. Ils ont étudié les caractéristiques structurelles de cette couche et l’efficacité de la séparation des électrons et des trous.

Les chercheurs ont analysé en détail comment les différents niveaux d’énergie à l’intérieur et à l’interface des cristaux affectent la séparation des électrons et des trous. Ils ont constaté que le niveau d’énergie est plus élevé à l’interface des cristaux à la surface et près de la surface de la couche absorbante de lumière des cellules solaires à couches minces. Les électrons se déplacent à l’intérieur des cristaux, permettant ainsi un flux dominant dans les cristaux.

Toutefois, des comportements opposés apparaissent à l’intérieur de la couche absorbante de lumière. Dans ce cas, les défauts à l’interface des cristaux peuvent entraîner des pertes par recombinaison des électrons et des trous.

L’équipe de recherche a souligné l’importance de créer de manière uniforme la couche absorbante de lumière avec un niveau d’énergie plus élevé à l’interface entre les cristaux qu’à l’intérieur des cristaux pour améliorer l’efficacité des cellules solaires à couches minces de type kestérite. Un dopage approprié des éléments peut être utilisé pour y parvenir.

Kee-jeong Yang, chercheur principal à la Division de la technologie de l’énergie et de l’environnement, a indiqué: « Alors que la microscopie à force atomique a jusqu’à présent été limitée à la surface de la couche absorbante de lumière dans le domaine de la recherche sur les cellules solaires, cette étude est importante car elle suggère une méthode permettant d’analyser l’ensemble de la couche absorbante de lumière et ses résultats. La méthodologie de la microscopie à force atomique utilisée dans cette étude devrait fournir des orientations pour comprendre la nature des comportements des porteurs de charge, non seulement dans les cellules solaires à couches minces, mais aussi dans de nombreuses autres applications. »

Étude, publiée dans Carbon Energy : “Vertical plane depth-resolved surface potential and carrier separation characteristics in flexible CZTSSe solar cells with over 12% efficiency”. DOI: 10.1002/cey2.434

La Norvège face à un défi titanesque : colmater ses 2000 puits de pétrole

La Norvège face à un défi titanesque : colmater ses 2000 puits de pétrole

La transition énergétique mondiale vers des sources d’énergie plus durables soulève de nombreuses questions quant à la gestion des anciens puits de pétrole et de gaz. En effet, ces puits doivent être bouchés de manière à protéger l’environnement et à prévenir les fuites. Une nouvelle approche pourrait s’avérer plus écologique et moins coûteuse que la solution actuelle.

Un défi de taille pour l’industrie pétrolière et gazière

Au cours des 25 prochaines années, alors que le monde s’éloignera des combustibles fossiles, les puits de pétrole et de gaz qui ont soutenu l’ère des combustibles fossiles devront être bouchés. Cela peut sembler anodin, mais il n’en est rien. Rien que sur le plateau continental norvégien, plus de 2000 puits devront être bouchés.

Selon Harald Linga, directeur du centre SWIPA, un centre d’innovation basé sur la recherche basé à SINTEF, le plus grand institut de recherche indépendant de Scandinavie, le coût de cette opération en utilisant la technologie actuelle dépassera les 800 milliards de couronnes norvégiennes, soit 73 milliards de dollars américains. Et bien que les compagnies pétrolières soient responsables du bouchage des puits, les contribuables norvégiens devront assumer 78 % de ces coûts.

Et ce n’est que la Norvège. Le nombre total de puits de pétrole dans le monde pourrait se chiffrer en millions, et tous devront un jour être bouchés.

Lewaa Hmadeh, doctorante au département des géosciences et du pétrole de la NTNU, tient un bouchon de puits d’essai fait d’un alliage de bismuth et d’étain. Les marques sur le bouchon montrent que l’alliage est le MCP 137, composé de 58 % de bismuth et de 42 % d’étain. Photo : Per A.D. Jynge/NTNU

À la recherche d’alternatives

La technologie actuelle implique l’utilisation d’un bouchon de ciment pouvant mesurer entre 50 et 100 mètres de long. Ces bouchons, il s’avère, ne sont pas si efficaces. Ils peuvent développer des fuites à long terme, pour de nombreuses raisons différentes, explique Lewaa Hmadeh, doctorant au département de géosciences et de pétrole de l’NTNU, également affilié à SWIPA.

L’un des problèmes les plus préoccupants est que les puits de pétrole abandonnés qui fuient peuvent être une source importante d’émissions de gaz à effet de serre.

« Chaque année, l’Association norvégienne du pétrole et du gaz établit une feuille de route pour les nouvelles technologies de bouchage et d’abandon nécessaires pour résoudre les problèmes rencontrés par l’industrie, et depuis 2015, la recherche d’une alternative au ciment a toujours été présente », a ajouté Lewaa Hmadeh.

Lewaa Hmadeh au laboratoire, versant un alliage de bismuth et d’étain en fusion à l’intérieur d’un tube d’acier pour ses recherches sur les bouchons de puits. Photo : Per A.D. Jynge/NTNU Per A.D. Jynge/NTNU

Le bismuth, une solution prometteuse

Les recherches doctorales de Lewaa Hmadeh portent sur l’étude de l’utilisation du bismuth comme substitut et/ou additif pour le bouchage des puits. Il fait partie des nombreux scientifiques du monde entier qui tentent de trouver une meilleure solution à ce défi. Et si ses premiers résultats sont révélateurs, un mélange de bismuth et d’étain pourrait offrir à l’industrie pétrolière une solution plus sûre et moins coûteuse que le ciment pour le bouchage des puits.

Les alliages de bismuth sont imperméables, ce qui signifie qu’il n’y a aucun risque de fuite à travers le bouchon, explique le scientifique. Et contrairement au ciment, qui se contracte en durcissant, les alliages de bismuth se dilatent en se solidifiant. Ils conservent également leur intégrité à long terme, car ils ne sont pas affectés par la corrosion, le CO2 ou le sulfure d’hydrogène. Ils ont également un temps d’installation réduit en raison du durcissement rapide de l’alliage.

Des résultats prometteurs en laboratoire

Les expériences de laboratoire ont comparé les performances des alliages de bismuth à celles des bouchons de ciment. Dans une étude, le chercheur a effectué un test de fuite dans des tuyaux en acier, comparables à un puits de pétrole, avec un bouchon de ciment de 185 mm et un bouchon d’alliage bismuth-étain de 121 mm.

Lorsque Lewaa Hmadeh a effectué des tests hydrauliques de «push-out» et des tests de fuite avec de l’azote gazeux, il a constaté que les bouchons en alliage de bismuth présentaient une résistance plus élevée à la pression appliquée et une migration de gaz réduite par rapport au ciment, ce qui signifie que l’alliage de bismuth assure une meilleure étanchéité.

Cependant, il souligne qu’il y a encore un long chemin à parcourir entre le laboratoire et les puits réels, et que beaucoup plus de travail est nécessaire.

« Notre équipe à l’NTNU fait un excellent travail en rendant les connaissances approfondies sur cette nouvelle technologie publiques et accessibles à tous », a-t-il indiqué. « Il est trop tôt pour tirer des conclusions. Mais ce bouchon a un grand potentiel. Nous devons le mettre à l’échelle pour voir comment il se comportera à différentes longueurs, ce qui prendra quelques années. »

Références :

Hmadeh, Lewaa, Manataki, Andriani, Jaculli, Marcelo Anunciação, Elahifar, Behzad, and Sigbjørn Sangesland. “A Sealability Study on Bismuth-Tin Alloys for Plugging and Abandonment of Wells.” SPE J. (2024;): doi: https://doi.org/10.2118/219744-PA

Lewaa Hmadeh, Marcelo Anunciação Jaculli, Behzad Elahifar, Sigbjørn Sangesland, Development of bismuth-based solutions for well plugging and abandonment: A review, Petroleum Research, 2024, ISSN 2096-2495, https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2024.01.003.

20% de cendres dans vos briques pour réduire votre facture d’énergie

20% de cendres dans vos briques pour réduire votre facture d'énergie

Les briques sont un élément essentiel de la construction, mais leur production traditionnelle peut avoir un impact négatif sur l’environnement. Des ingénieurs de l’Université RMIT en Australie ont trouvé une solution innovante en collaborant avec Visy, la plus grande entreprise de recyclage du pays, pour créer des briques éco-énergétiques à partir de déchets recyclés.

Une nouvelle formulation de briques intégrant des déchets recyclés

Les chercheurs ont mis au point une formulation de briques contenant au minimum 15% de verre recyclé et 20% de cendres issues de déchets solides brûlés, en remplacement de l’argile traditionnellement utilisée. Ces matériaux, normalement destinés à l’enfouissement, trouvent ainsi une seconde vie dans le secteur de la construction.

Selon les tests réalisés, l’utilisation de ces briques dans la construction d’un bâtiment de plain-pied pourrait réduire les factures d’énergie des ménages jusqu’à 5% par rapport à des briques classiques, grâce à une meilleure isolation. De plus, le remplacement de l’argile par des déchets recyclés a permis de réduire la température de cuisson jusqu’à 20% par rapport aux mélanges de briques standard, offrant ainsi des économies potentielles pour les fabricants.

Le professeur associé Dilan Robert (troisième à partir de la gauche), chef de l’équipe, et l’équipe de recherche du RMIT à l’origine des briques intelligentes sur le plan énergétique, dans un laboratoire de l’université RMIT. Crédit : Seamus Daniel, Université RMIT

Des briques aux performances techniques validées

Les recherches de l’équipe ont montré que ces nouvelles briques présentent une efficacité énergétique accrue grâce à de meilleures performances thermiques, tout en répondant aux normes strictes en matière de résistance structurelle, de durabilité et de développement durable. La technologie a satisfait aux principales exigences de conformité des briques en argile cuite fixées par Standards Australia (AS 3700).

Dilan Robert, professeur associé à la School of Engineering de RMIT et responsable de l’équipe, souligne l’importance des briques dans la prévention des pertes d’énergie des bâtiments. Les chercheurs sont également en mesure de produire des briques légères dans une gamme de couleurs allant du blanc au rouge foncé en modifiant leurs formulations.

Verre usagé que l’équipe peut utiliser dans ses briques intelligentes sur le plan énergétique. Crédit : Seamus Daniel, Université RMIT

Solution d’économie circulaire pour un défi en matière de déchets

Dans l’État de Victoria, Visy recycle les emballages en verre pour en faire de nouvelles bouteilles et de nouveaux pots. Cependant, les morceaux de verre inférieurs à 3 mm – appelés fines – ne peuvent pas être recyclés en bouteilles.

Nous nous concentrons sur la mise à l’échelle du processus de production afin de faciliter la commercialisation de nos briques innovantes en collaboration avec les fabricants de briques de Melbourne“, a déclaré Dilan Robert.

Paul Andrich, responsable du projet d’innovation chez Visy, a déclaré que l’entreprise était ravie de trouver une solution pour les matériaux qui ne peuvent pas être recyclés en emballages pour aliments et boissons.

Détourner ces déchets pour en faire des briques isolantes, plutôt que de les mettre en décharge, est une autre façon de favoriser l’économie circulaire“, a-t-il ajouté.

L’équipe de recherche souhaite collaborer avec les industries pour explorer les applications des déchets dans d’autres produits de construction.

Déchets solides brûlés (cendres) que l’équipe peut utiliser dans ses briques intelligentes. Crédit : Seamus Daniel, Université RMIT

Légende illustration principale : L’équipe peut fabriquer des briques intelligentes sur le plan énergétique dans toute une gamme de couleurs. Crédit : Seamus Daniel, Université RMIT

Une batterie au sodium qui se charger rapidement en quelques secondes

Une batterie au sodium qui se charger rapidement en quelques secondes

Les batteries sodium-ion suscitent un intérêt croissant en raison de l’abondance du sodium par rapport au lithium. Les limitations actuelles de ces batteries nécessitent toutefois le développement de nouveaux matériaux de stockage d’énergie. Une équipe de recherche de KAIST a récemment mis au point une batterie sodium-ion hybride à haute énergie et haute puissance, capable de se recharger rapidement.

Un système de stockage d’énergie hybride innovant

L’équipe du professeur Jeung Ku Kang du département des sciences et de l’ingénierie des matériaux de KAIST a développé un système de stockage d’énergie hybride innovant qui intègre des matériaux d’anode typiquement utilisés dans les batteries avec des cathodes adaptées aux supercondensateurs. Cette combinaison permet au dispositif d’atteindre à la fois des capacités de stockage élevées et des taux de charge-décharge rapides, le positionnant comme une alternative viable de nouvelle génération aux batteries lithium-ion.

Le développement d’une batterie hybride à haute densité d’énergie et de puissance nécessite encore une amélioration de la vitesse de stockage d’énergie des anodes de type batterie ainsi que l’amélioration de la capacité relativement faible des matériaux de cathode de type supercondensateur.

Utilisation de deux structures métallo-organiques distinctes

Pour remédier à cela, l’équipe du professeur Kang a utilisé deux structures métallo-organiques distinctes pour la synthèse optimisée de batteries hybrides. Cette approche a conduit au développement d’un matériau d’anode avec une cinétique améliorée grâce à l’inclusion de matériaux actifs fins dans du carbone poreux dérivé de structures métallo-organiques.

De plus, un matériau de cathode à haute capacité a été synthétisé, et la combinaison des matériaux de cathode et d’anode a permis le développement d’un système de stockage d’ions sodium optimisant l’équilibre et minimisant les disparités dans les taux de stockage d’énergie entre les électrodes.

Procédures synthétiques schématiques des matériaux d’anode et de cathode à haute capacité et à haut débit pour un stockage d’énergie hybride sodium-ion (SIHES) et leurs mécanismes de stockage d’énergie proposés. Procédures de synthèse pour (a) l’anode de carbone/graphène dopé au sulfure de fer ultrafin (FS/C/G) et (b) la cathode de carbone poreux dérivé d’un cadre d’imidazolate zéolitique (ZDPC). (c) Mécanismes de stockage d’énergie proposés pour les ions Na+ dans l’anode FS/C/G et les ions ClO-4 dans la cathode ZDPC pour une SIHES.

Performances exceptionnelles de la batterie sodium-ion hybride

La cellule complète assemblée, comprenant l’anode et la cathode nouvellement développées, forme un dispositif de stockage d’énergie hybride sodium-ion haute performance. Ce dispositif surpasse la densité d’énergie des batteries lithium-ion commerciales et présente les caractéristiques de la densité de puissance des supercondensateurs. Il devrait convenir aux applications de charge rapide allant des véhicules électriques aux appareils électroniques intelligents et aux technologies aérospatiales.

Selon le professeur Jeung Ku Kang, ce dispositif de stockage d’énergie hybride sodium-ion, capable de se recharger rapidement et d’atteindre une densité d’énergie de 247 Wh/kg et une densité de puissance de 34 748 W/kg, représente une percée dans le dépassement des limites actuelles des systèmes de stockage d’énergie. Il anticipe des applications plus larges dans divers appareils électroniques, y compris les véhicules électriques.

Cette recherche, co-écrite par les doctorants de KAIST Jong Hui Choi et Dong Won Kim, a été publiée dans la revue internationale Energy Storage Materials le 29 mars sous le titre «Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages».

L’étude a été réalisée avec le soutien du ministère de la Science et des TIC et de la Fondation nationale de la recherche de Corée dans le cadre du projet de développement de la technologie des nanomatériaux.

Des effets quantiques observés dans des films d’or de 40 nanomètres

Des effets quantiques observés dans des films d'or de 40 nanomètres

La luminescence des métaux, un phénomène connu depuis des siècles, suscite un regain d’intérêt dans la communauté scientifique. Une équipe de chercheurs de l’EPFL a récemment élucidé les mécanismes quantiques à l’origine de ce processus dans l’or, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications dans les domaines de la cartographie thermique à l’échelle nanométrique et de la photochimie.

Des films d’or de haute qualité pour une étude précise

L’équipe du Laboratoire de nanosciences pour les technologies de l’énergie (LNET) de l’EPFL, dirigée par Giulia Tagliabue, a développé des films d’or de très haute qualité, d’une épaisseur comprise entre 13 et 113 nanomètres. Cette prouesse technique leur a permis d’étudier le processus de luminescence sans les facteurs confondants des expériences précédentes.

En collaboration avec des théoriciens de l’Institut des sciences et technologies de Barcelone, de l’Université du Danemark du Sud et du Rensselaer Polytechnic Institute (États-Unis), ils ont appliqué des méthodes de modélisation quantique pour analyser la faible lueur émise par ces films sous l’effet d’un faisceau laser.

Des effets quantiques inattendus

L’étude a révélé l’émergence d’effets quantiques dans des films d’or d’une épaisseur allant jusqu’à 40 nanomètres, un résultat surprenant pour un métal. Ces observations ont fourni des informations spatiales clés sur la localisation précise du processus de photoluminescence dans l’or, une condition préalable à son utilisation comme sonde.

Les chercheurs ont également découvert que le signal photoluminescent (Stokes) de l’or pouvait être utilisé pour sonder la température de surface du matériau lui-même, un atout majeur pour les scientifiques travaillant à l’échelle nanométrique.

Un étalon-or pour le développement de carburants solaires

Ces résultats ouvrent la voie à l’utilisation des métaux pour obtenir des informations d’une précision sans précédent sur les réactions chimiques, en particulier celles impliquées dans la recherche sur l’énergie.

Des métaux comme l’or et le cuivre, prochaine cible de recherche du LNET, peuvent déclencher certaines réactions clés, comme la réduction du dioxyde de carbone (CO2) en produits à base de carbone tels que les carburants solaires, qui stockent l’énergie solaire dans des liaisons chimiques.

Alan Bowman, post-doctorant au LNET et premier auteur de l’étude, souligne l’importance de ces travaux dans la lutte contre le changement climatique : « Pour combattre le changement climatique, nous allons avoir besoin de technologies pour convertir le CO2 en d’autres produits chimiques utiles d’une manière ou d’une autre. L’utilisation des métaux est une façon d’y parvenir, mais si nous n’avons pas une bonne compréhension de la façon dont ces réactions se produisent sur leurs surfaces, nous ne pouvons pas les optimiser. La luminescence offre un nouveau moyen de comprendre ce qui se passe dans ces métaux. »

Références

Article adapté du contenu de l’auteure : Celia Luterbacher

Bowman, A.R., Rodríguez Echarri, A., Kiani, F. et al. Quantum-mechanical effects in photoluminescence from thin crystalline gold films. Light Sci Appl 13, 91 (2024). 10.1038/s41377-024-01408-2

TriEye et Vertilas s’unissent pour un capteur SWIR haute performance

TriEye et Vertilas s'unissent pour un capteur SWIR haute performance

L’alliance entre TriEye, développeur israélien de caméras, et Vertilas, spécialiste allemand des diodes laser, a permis la création d’un capteur innovant à longue portée fonctionnant dans la région spectrale de l’infrarouge à ondes courtes (SWIR).

Le système mis au point associe les capteurs SWIR à faible coût de TriEye, fabriqués à l’aide d’un processus CMOS en silicium, à des matrices de lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) fonctionnant à des longueurs d’onde relativement longues, rendues possibles par le matériau phosphure d’indium (InP).

Présentée pour la première fois lors de la Conférence internationale sur les semi-conducteurs composés à Bruxelles, cette technologie est présentée comme une option de détection SWIR avancée, pouvant être produite en masse et utilisée dans de nombreuses applications grand public et industrielles.

Comme l’ont annoncé les deux entreprises, « le système met en évidence les capacités du capteur SWIR basé sur CMOS de TriEye, reconnu pour sa haute sensibilité et sa résolution de 1,3 mégapixel ». Conçue pour améliorer l’imagerie dans divers secteurs, notamment l’automobile, la consommation, la biométrie et les robots mobiles, cette solution représente une avancée significative dans la technologie des capteurs.

Le déploiement de matrices VCSEL de 1,3 µm permet d’améliorer considérablement la sécurité oculaire et la qualité du signal tout en minimisant la distorsion due à la lumière du soleil. La technologie de matrice VCSEL InP de Vertilas offre également des longueurs d’onde de 1,55 à 2 µm. Cette nouvelle technologie devrait élargir le champ des applications en matière d’imagerie et d’éclairage dans de multiples industries.

Christian Neumeyr, PDG de Vertilas, a déclaré : «Notre technologie VCSEL InP, associée au capteur SWIR exceptionnel de TriEye, marque une avancée significative dans le domaine des solutions d’imagerie et d’éclairage. Cette collaboration est plus qu’une simple prouesse technologique ; elle représente notre vision commune d’innover pour un avenir meilleur et plus efficace, tant dans les applications grand public qu’industrielles.»

Avi Bakal, son homologue chez TriEye, a ajouté : « Chez TriEye, notre engagement a toujours été de mettre au premier plan du marché une technologie SWIR révolutionnaire. L’intégration de notre capteur SWIR à la technologie VCSEL InP de Vertilas dans cette entreprise collaborative témoigne de cette mission. Nous sommes fiers de dévoiler une solution qui non seulement améliore les capacités d’imagerie dans divers secteurs, mais le fait également de manière rentable et évolutive, rendant la technologie de détection avancée plus accessible que jamais. »

Légende illustration : TriEye affirme que sa technologie CMOS pour la détection dans le proche infrarouge est le résultat d’une décennie de recherche en nanophotonique menée par son directeur technique et cofondateur, le professeur Uriel Levy, et qu’elle permettra une production de masse et donc un coût nettement inférieur à celui des solutions alternatives InGaAs. L’entreprise collabore actuellement avec le fabricant de VCSEL Vertilas. Image : TriEye.

Des chercheurs japonais ouvrent la voie aux lasers du futur

Des chercheurs japonais ouvrent la voie aux lasers du futur

Les chercheurs du centre de recherche Riken au Japon ont franchi une nouvelle étape vers le développement et l’utilisation pratique des lasers attosecondes. Cette avancée ouvre la voie à une meilleure compréhension du mouvement des électrons dans les atomes et les molécules, ainsi que des réactions chimiques et biochimiques.

L’équipe de recherche a mis au point une nouvelle méthode d’amplification des impulsions laser, appelée amplification paramétrique optique à double dérive de fréquence avancée (DC-OPA). Cette technique utilise deux types de cristaux non linéaires, le niobate de lithium dopé au MgO et le triborate de bismuth (BiBO), pour amplifier différentes parties du spectre de l’impulsion.

Lors des essais, le projet a réussi à générer des impulsions stables dans l’infrarouge moyen, avec une énergie de sortie de 53 mJ et une durée d’impulsion compressée à 8,58 femtosecondes. La puissance crête atteinte équivaut à 6 térawatts, ce qui représente les valeurs les plus élevées d’énergie d’impulsion et de puissance crête pour l’amplification paramétrique optique d’impulsions laser monocycles dans l’infrarouge moyen.

L’approche avancée DC-OPA s’est avérée efficace sur une large gamme de longueurs d’onde. Le projet a réussi à amplifier des impulsions dont les longueurs d’onde différaient de plus d’un facteur deux. Cela signifie que la bande passante d’amplification peut être ultra-large sans compromettre l’évolutivité de l’énergie de sortie, une caractéristique qualifiée de «révolutionnaire» par le Riken.

Eiji Takahashi, chercheur au Riken Center for Advanced Photonics (RAP), a déclaré : « Nous avons réussi à développer une nouvelle méthode d’amplification laser capable d’augmenter l’intensité des impulsions laser monocycles jusqu’à une puissance crête de classe térawatt. C’est sans aucun doute un bond en avant majeur dans le développement de lasers attosecondes de haute puissance. »

Vers la recherche sur les lasers zeptosecondes

Le même principe devrait également être applicable à des durées d’impulsion encore plus courtes. Riken évalue actuellement la possibilité d’obtenir des impulsions énergétiques de l’ordre de la zeptoseconde (10-21 secondes) en utilisant la même méthode.

« Mon objectif à long terme est de frapper à la porte de la recherche sur les lasers zeptosecondes et d’ouvrir la voie à la prochaine génération de lasers ultra-courts après les lasers attosecondes », a ajouté Eiji Takahashi.

Article : “Dual-chirped optical parametric amplification of high-energy single-cycle laser pulses” – DOI: s41566-023-01331-9

Spot, le quadrupède high-tech qui automatise les mesures 3D

Spot, le quadrupède high-tech qui automatise les mesures 3D

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour l’optique appliquée et l’ingénierie de précision (IOF) ont développé un scanner 3D mobile innovant, le goSCOUT3D, capable de réaliser des mesures tridimensionnelles haute résolution d’objets complexes. Afin d’automatiser davantage ce processus, ils ont connecté ce capteur à un robot quadrupède conçu par Boston Dynamics. Cette combinaison inédite sera présentée pour la première fois au salon Control à Stuttgart, en Allemagne, du 23 au 26 avril.

Numérisation 3D avec le robot quadrupède ‘Spot’

Les modèles 3D virtuels permettent une documentation précise de grandes machines et de leurs petits détails, que ce soit pour la maintenance de composants complexes comme les moteurs d’avion ou pour le contrôle qualité dans l’industrie automobile. C’est dans cette optique que les chercheurs de l’IOF ont développé l’année dernière le scanner portable goSCOUT3D, capable de numériser en 2D et 3D des objets complexes de plusieurs mètres cubes, avec une résolution spatiale particulièrement élevée inférieure à 0,25 mm.

L’association d’un chien robot et d’un scanner 3D portable rend le processus de mesure encore plus souple et flexible. © Fraunhofer IOF

Jusqu’à présent, pour créer ces «jumeaux numériques», le scanner devait être déplacé manuellement par des opérateurs humains autour de l’objet à mesurer. Ceux-ci devaient effectuer la mesure avec une grande précision, guider la tête du capteur à une vitesse constante et maintenir une distance de mesure largement stable. Il en résultait parfois des signes de fatigue ou des données de mesure incomplètes.

Automatisation du processus de mesure

Les chercheurs du département Imagerie et Détection de l’IOF se sont penchés sur ce problème et ont cherché un moyen de rendre les mesures plus confortables pour l’homme, tout en rendant le processus opérationnel plus efficace. Selon le Dr Andreas Breitbarth, responsable du traitement d’image et de l’intelligence artificielle à l’IOF, « l’intégration de la tête de capteur récemment développée à Iéna avec Spot automatisera à l’avenir le processus de mesure du scanner goSCOUT3D et éliminera la nécessité d’une supervision humaine constante ».

Contrairement aux robots de mesure conventionnels employés le long des lignes de production et généralement montés en permanence, le robot quadrupède autonome peut se déplacer librement. Son agilité sur diverses surfaces permet d’enregistrer l’objet de mesure dans son intégralité, sous tous les angles ainsi qu’à différents niveaux, comme sous un rail de guidage.

Le chien robot utilise le capteur goSCOUT3D pour mesurer des composants complexes, tels qu’une turbine (fournie par MTU Maintenance). © Fraunhofer IOF

Mesures autonomes

Pour atteindre ces objectifs applicatifs, une coordination fiable entre le robot et le capteur 3D est nécessaire. Ainsi, un calibrage main-œil est utilisé pour relier le capteur 3D au système de coordonnées du robot. Dès que le robot marcheur est ainsi calibré par rapport au scanner, il peut être programmé par des experts humains pour mesurer des objets prédéfinis.

« Avant le processus de mesure proprement dit, la vitesse, l’emplacement précis de la mesure et d’autres paramètres importants sont soumis par un opérateur humain à Spot, afin que le robot quadrupède puisse effectuer les scans de la même manière qu’un être humain, sans que celui-ci ait besoin d’être physiquement présent », explique pour conclure le Dr Breitbarth.

Légende illustration : Des chercheurs ont associé le scanner 3D portable goSCOUT3D à un chien robot. Crédit : © Fraunhofer IOF

Des composés fluorescents révèlent une pollution invisible des eaux 

Des composés fluorescents révèlent une pollution invisible des eaux 

Les composés fluorescents blanchissants, également connus sous le nom d’azurants optiques, sont omniprésents dans les détergents modernes. Ces substances, capables d’absorber la lumière UV et d’émettre une lumière bleue visible par fluorescence, permettent d’obtenir des blancs plus éclatants et des couleurs plus vives. Leur présence croissante dans les eaux usées soulève des inquiétudes quant à leur impact sur l’environnement et les ressources en eau potable.

Les aquifères karstiques : des réservoirs d’eau vulnérables

Luka Vucinic, maître de conférences et ingénieur en environnement à l‘Université calédonienne de Glasgow à Londres, s’intéresse à la problématique des polluants tels que les composés fluorescents blanchissants, les microplastiques et d’autres indicateurs de contamination fécale dans les aquifères karstiques. Ces formations géologiques, résultant de la dissolution des roches calcaires et dolomitiques, sont caractérisées par la présence de grottes spectaculaires, de dolines et de réseaux de fractures interconnectées qui facilitent la circulation de l’eau.

Bien que les aquifères karstiques constituent une source majeure d’eau potable à travers le monde, ils sont particulièrement vulnérables à la pollution. Les caractéristiques qui relient directement la surface de la Terre à l’aquifère peuvent faciliter l’infiltration des polluants dans les réserves d’eau.

L’Irlande : un cas d’étude révélateur

L’Irlande dépend fortement des eaux souterraines karstiques pour son approvisionnement en eau potable. Le pays compte également plus de 500 000 foyers équipés de systèmes de traitement des eaux usées domestiques sur site, qui traitent les eaux provenant des toilettes, des machines à laver, des douches et des lave-vaisselle. Après un passage dans une fosse septique, ces systèmes dispersent les eaux usées dans le sol.

Afin d’obtenir une vision globale des substances qui pénètrent dans ces aquifères karstiques et en ressortent, Luka Vucinic et ses collègues ont évalué une série de contaminants émergeant des sources. Dans les zones où de nombreux systèmes de traitement des eaux usées domestiques sur site sont situés à moins de 200 mètres d’au moins une voie d’accès direct à l’aquifère sous-jacent, l’équipe a détecté des concentrations élevées de composés fluorescents blanchissants et de microplastiques.

Un lien établi avec les microplastiques

Lorsque les concentrations de composés fluorescents blanchissants, qui proviennent indéniablement de l’activité humaine, et de microplastiques augmentent et diminuent de concert dans les échantillons d’eau, cette covariation indique que la contamination par les microplastiques provient probablement des eaux usées. Il s’agit de la première étude à mettre en évidence un tel lien dans des échantillons provenant de sources karstiques.

Les chercheurs qui étudient d’autres environnements aquatiques pourraient utiliser la même approche pour tester ce lien ailleurs. Selon Luka Vucinic, les méthodes utilisées pour détecter les composés fluorescents blanchissants sont peu coûteuses et relativement faciles à mettre en œuvre. « Cette approche pourrait être particulièrement intéressante pour surveiller la contamination des aquifères karstiques par les eaux usées humaines dans le monde entier, en particulier dans les pays en développement », a-t-il expliqué.

Les résultats de cette étude seront présentés la semaine prochaine lors de l’Assemblée générale 2024 de l’Union européenne des géosciences (EGU).

“Understanding the impacts of human wastewater effluent pollution on karst springs using chemical contamination fingerprinting techniques” – 10.5194/egusphere-egu24-11063

Un convertisseur DC-DC atteint une efficacité record de 98,3%

Un convertisseur DC-DC atteint une efficacité record de 98,3%

Les chercheurs de l’Université de Kobe et de l’Université nationale Chung Hsing ont développé un nouveau convertisseur de puissance DC-DC qui se distingue par son efficacité, sa fiabilité et sa durabilité.

L’électricité se présente sous deux formes : le courant alternatif (AC) et le courant continu (DC). Si la plupart des centrales électriques produisent du courant alternatif, de nombreux appareils, tels que les panneaux solaires, les batteries des véhicules électriques et les ordinateurs, fonctionnent en courant continu. La conversion AC-DC est donc nécessaire, mais entraîne des pertes d’énergie.

Une alternative consiste à mettre en place des microréseaux DC qui intègrent diverses sources d’énergie renouvelable et dispositifs de stockage, et fournissent directement l’énergie aux centres de données et autres appareils DC. Cela nécessite cependant un dispositif capable de convertir différentes tensions de manière flexible et bidirectionnelle, car chaque appareil DC requiert une tension spécifique et les batteries fournissent des tensions variables selon leur charge et leur capacité.

Les chercheurs en électronique de puissance Mishima Tomokazu de l’Université de Kobe (Japon) et de l’Université nationale Chung Hsing (Taïwan) ont uni leurs forces dans le cadre d’un projet visant à développer des technologies élémentaires pour des systèmes de distribution d’énergie à haute densité de puissance, contribuant à des centres de données à faible émission de carbone.

L’évaluation de leur prototype a montré un rendement impressionnant de 98,3 %. “Cela met en évidence la faisabilité pratique et l’évolutivité de la topologie proposée pour des applications réelles, ouvrant la voie à de futures avancées dans la technologie de conversion DC-DC bidirectionnelle”, commente M. Liu.

Selon Liu Shiqiang, membre de l’équipe étudiante de l’Université de Kobe, « Notre équipe diversifiée, dotée d’une expertise couvrant les disciplines pertinentes, nous a permis d’aborder le problème sous de multiples perspectives. Notre accès à des installations et des ressources de pointe nous a permis de mener des expériences, des simulations et des analyses approfondies. De plus, notre groupe a un historique de collaborations réussies avec des partenaires industriels et d’autres institutions de recherche, fournissant des informations et un soutien précieux pour nos projets. »

Les principes de conception, les caractéristiques et l’évaluation du prototype ont été publiés dans la revue IEEE Transactions on Power Electronics. Liu Shiqiang, premier auteur de l’étude, explique les principaux avantages de ce convertisseur par rapport aux conceptions précédentes :

« Son rapport de tension supérieur lui permet de s’interfacer efficacement avec une large gamme de sources d’énergie, tandis que l’auto-équilibrage des courants d’inductance améliore la stabilité et la simplicité du système. De plus, le contrôle asymétrique de la limite de service offre des performances accrues, en particulier pour les microréseaux DC connectés aux véhicules électriques. »

L’évaluation de leur prototype a montré une efficacité impressionnante allant jusqu’à 98,3 %. « Cela met en évidence la faisabilité pratique et l’évolutivité de la topologie proposée pour des applications réelles, ouvrant la voie à de futures avancées dans la technologie de conversion DC-DC bidirectionnelle », commente Liu Shiqiang.

L’équipe a déposé un brevet pour cette conception au Japon et prépare actuellement sa commercialisation avec UPE-Japan, une startup de l’Université de Kobe. Les chercheurs souhaitent également continuer à améliorer leur conception, notamment pour atteindre des densités de puissance plus élevées et une plus grande variété d’applications.

Tenant le dispositif de taille A4, M. Liu (à droite) déclare : “En fin de compte, notre objectif à long terme est de contribuer à la transition vers des solutions de stockage et de conversion de l’énergie plus efficaces, plus fiables et plus durables, en particulier dans le contexte des véhicules électriques et de l’intégration des énergies renouvelables.”

Selon Liu Shiqiang, « Notre objectif à long terme est de contribuer à la transition vers des solutions de stockage et de conversion d’énergie plus efficaces, fiables et durables, en particulier dans le contexte des véhicules électriques et de l’intégration des énergies renouvelables. »

Article : “Over 98% Efficiency SiC-MOSFET based Four-Phase Interleaved Bidirectional DC-DC Converter Featuring Wide-Range Voltage Ratio” – DOI: 10.1109/TPEL.2024.3389052

Légende illustration : LIU Shiqiang, premier auteur de l’étude, explique les caractéristiques du dispositif : “Son rapport de tension supérieur lui permet de s’interfacer efficacement avec une large gamme de sources d’énergie, tandis que l’auto-équilibrage des courants d’inductance améliore la stabilité et la simplicité du système. En outre, le “contrôle asymétrique de la limite de service” offre des performances accrues, en particulier pour les micro-réseaux à courant continu connectés à des véhicules électriques.” Crédit : MISHIMA Tomokazu

Des fibres avec une conductivité électrique 1,3 fois supérieure

Des fibres avec une conductivité électrique 1,3 fois supérieure

Les dispositifs portables, comme les montres connectées et les lunettes de réalité augmentée, sont en train de bousculer le domaine de la santé et du travail à distance. Leur petite taille et leur légèreté limitent encore leur capacité de stockage d’énergie, un obstacle technique à l’intégration de fonctionnalités variées. Pour que ces appareils puissent réaliser pleinement leur potentiel, il devient nécessaire de développer une méthode de stockage d’énergie plus légère et plus efficace.

L’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé qu’une équipe de recherche conjointe, dirigée par les docteurs Hyeonsu Jeong et Namdong Kim du Centre des matériaux composites fonctionnels de la branche de Jeonbuk, ainsi que par le docteur Seungmin Kim du Centre des matériaux de fusion du carbone, a mis au point un matériau d’électrode fibreux capable de stocker de l’énergie. Ces fibres sont résistantes, légères et hautement flexibles, ce qui permet une plus grande liberté dans la conception des dispositifs portables et la possibilité de les fabriquer sous diverses formes et applications.

Les fibres de nanotubes de carbone sont flexibles, légères et possèdent d’excellentes propriétés mécaniques et électriques, ce qui en fait un matériau prometteur pour les dispositifs portables. En raison de leur faible surface spécifique et de leur manque d’activité électrochimique, les études précédentes les ont principalement utilisées comme collecteur de courant et ont revêtu leur surface de matériaux actifs. L’approche est non seulement peu économique en raison du coût élevé des matériaux et des processus supplémentaires, mais présente également une forte probabilité de séparation du matériau actif de la fibre lors d’une utilisation prolongée ou d’une déformation physique.

Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche du KIST a développé un matériau d’électrode fibreux à haute capacité de stockage d’énergie sans avoir recours à des matériaux actifs. L’équipe a mis au point des fibres de nanotubes de carbone possédant à la fois une activité électrochimique et d’excellentes propriétés physiques en traitant à l’acide et en modifiant des nanotubes de carbone sous forme de poudre, puis en les filant en fibres.

La fibre de nanotubes de carbone modifiée possède une capacité de stockage d’énergie 33 fois supérieure, une résistance mécanique 3,3 fois supérieure et une conductivité électrique plus de 1,3 fois supérieure à celles des fibres de nanotubes de carbone ordinaires. De plus, comme le matériau d’électrode de stockage d’énergie a été développé en utilisant uniquement des fibres de nanotubes de carbone pures, il peut être produit en masse à l’aide de la technologie de filage humide.

Lors des tests effectués avec des supercondensateurs en forme de fibres, ceux-ci ont conservé près de 100 % de leurs performances lorsqu’ils étaient noués et 95 % de leurs performances après 5 000 tests de flexion. Ils ont également bien fonctionné lorsqu’ils ont été tissés dans les bracelets de montres numériques en utilisant une combinaison de fibres ordinaires et de fibres de nanotubes de carbone, après avoir été pliés, pliés et lavés.

Dans la figure ci-dessus, des fibres de nanotubes de carbone fabriquées en supercondensateurs de type fibre (FSSC) démontrent leurs capacités de stockage d’énergie et leurs propriétés portables dans une montre numérique disponible dans le commerce. Crédit : KIST

Le docteur Kim Seung-min du KIST a expliqué la signification de l’étude en déclarant : « Nous avons confirmé que les nanotubes de carbone, qui ont récemment recommencé à attirer l’attention en tant que matériau conducteur pour les batteries secondaires, peuvent être utilisés dans un éventail de domaines beaucoup plus large. »

Le docteur Hyeon Su Jeong, co-chercheur, a ajouté : « La fibre de nanotubes de carbone est un domaine compétitif car nous disposons de la technologie originale et l’écart technologique avec les pays avancés n’est pas très important. Nous poursuivrons nos recherches pour l’appliquer en tant que matériau de base pour le stockage d’énergie atypique. »

Un autre co-chercheur, le docteur Nam-dong Kim, a déclaré : « Nous menons actuellement des recherches pour appliquer cette technologie à des batteries de type fibre avec une densité d’énergie plus élevée, au-delà des supercondensateurs. »

Article : “Active Material-Free Continuous Carbon Nanotube Fibers with Unprecedented Enhancement of Physicochemical Properties for Fiber-Type Solid-State Supercapacitors” – DOI: 10.1002/aenm.202303003

Des chercheurs repoussent les limites des condensateurs

Des chercheurs repoussent les limites des condensateurs

Les condensateurs électrostatiques, composants essentiels de l’électronique moderne, sont au cœur d’une étude révolutionnaire menée par une équipe de chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis et du MIT.

Les matériaux ferroélectriques utilisés dans les condensateurs présentent une perte d’énergie significative en raison de leurs propriétés intrinsèques, ce qui limite leur capacité de stockage d’énergie. Sang-Hoon Bae, professeur assistant en génie mécanique et science des matériaux à l’Université de Washington à St. Louis, et son équipe ont relevé ce défi en introduisant une approche innovante basée sur les matériaux 2D pour contrôler le temps de relaxation des condensateurs ferroélectriques.

En collaboration avec Rohan Mishra, Chuan Wang et Frances Ross, les chercheurs ont développé des hétérostructures 2D/3D/2D capables de minimiser les pertes d’énergie tout en préservant les propriétés avantageuses des matériaux ferroélectriques 3D. L’approche consiste à intercaler des couches de matériaux 2D et 3D d’épaisseur atomique, reliées par des liaisons chimiques et non chimiques soigneusement conçues.

Initialement, l’équipe de Sang-Hoon Bae ne se concentrait pas sur le stockage d’énergie. C’est au cours de leur exploration des propriétés des matériaux qu’ils ont découvert un nouveau phénomène physique applicable au stockage d’énergie. Les hétérostructures 2D/3D/2D ont été finement conçues pour se situer dans la zone optimale entre conductivité et non-conductivité, où les matériaux semi-conducteurs présentent des propriétés électriques idéales pour le stockage d’énergie.

Grâce à cette conception, les chercheurs ont obtenu une densité d’énergie jusqu’à 19 fois supérieure à celle des condensateurs ferroélectriques disponibles sur le marché, avec une efficacité de plus de 90%, ce qui est également sans précédent.

La structure hétérogène constitue dans ce cas précis un nouveau matériau électronique fondamental. Bien que non encore optimale à 100%, elle surpasse déjà les performances des autres laboratoires. Les prochaines étapes consisteront à améliorer encore cette structure pour répondre aux besoins de charge et de décharge ultra-rapides et de très hautes densités d’énergie dans les condensateurs, sans perte de capacité de stockage au fil des cycles de charge.

Ces avancées sont particulièrement cruciales dans les secteurs nécessitant des solutions robustes de gestion de l’énergie, tels que les véhicules électriques et le développement des infrastructures. Le matériau hétérostructuré développé par Sang-Hoon Bae et son équipe ouvre la voie à des dispositifs électroniques haute performance, englobant l’électronique de puissance, les systèmes de communication sans fil à haute fréquence et les puces de circuits intégrés, essentiels à la transition vers les composants électroniques de nouvelle génération.

Article : “High energy density in artificial heterostructures through relaxation time modulation” – DOI: 10.1126/science.adl2835

Réseau quantique : les chercheurs franchissent une étape décisive

Réseau quantique : les chercheurs franchissent une étape décisive

La communication quantique à longue distance est un défi majeur pour le développement de réseaux quantiques destinés au calcul distribué et à la communication sécurisée. Les chercheurs ont franchi une étape cruciale en créant un système qui interface deux composants clés : un dispositif de création d’informations quantiques et un dispositif de stockage de ces informations.

L’importance de partager l’information quantique

Le partage de l’information quantique est essentiel pour développer des réseaux quantiques destinés au calcul distribué et à la communication sécurisée. L’informatique quantique sera utile pour résoudre certains types de problèmes importants, tels que l’optimisation des risques financiers, le décryptage des données, la conception de molécules et l’étude des propriétés des matériaux.

Cependant, ce développement est freiné par la perte d’informations quantiques lors de leur transmission sur de longues distances. Une solution consiste à diviser le réseau en segments plus petits et à les relier tous avec un état quantique partagé.

Un système innovant pour stocker et récupérer l’information quantique

Pour réaliser cela, il faut un moyen de stocker l’information quantique et de la récupérer : c’est-à-dire un dispositif de mémoire quantique. Celui-ci doit «communiquer» avec un autre dispositif qui permet la création d’informations quantiques.

Pour la première fois, des chercheurs ont créé un tel système qui interface ces deux composants clés et utilise des fibres optiques classiques pour transmettre les données quantiques. Cet exploit a été réalisé par des chercheurs de l’Imperial College London, de l’Université de Southampton et des Universités de Stuttgart et de Wurzburg en Allemagne.

Selon le Dr Sarah Thomas, co-premier auteur de l’étude, de l’Imperial College London : « L’interfaçage de deux dispositifs clés est une étape cruciale pour permettre la mise en réseau quantique, et nous sommes vraiment ravis d’être la première équipe à avoir pu le démontrer. »

L’installation de points quantiques de l’équipe. Crédit : Thomas Angus / Imperial College London

Surmonter les défis de la communication quantique à longue distance

Dans les télécommunications classiques, l’information peut être perdue sur de grandes distances. Pour y remédier, ces systèmes utilisent des «répéteurs» à intervalles réguliers, qui lisent et ré-amplifient le signal, garantissant son arrivée intacte à destination.

Cependant, les répéteurs classiques ne peuvent pas être utilisés avec l’information quantique, car toute tentative de lecture et de copie de l’information la détruirait. C’est un avantage d’une certaine manière, car les connexions quantiques ne peuvent pas être «écoutées» sans détruire l’information et alerter les utilisateurs. Mais c’est un défi à relever pour la mise en réseau quantique à longue distance.

Une façon de surmonter ce problème est de partager l’information quantique sous forme de particules de lumière intriquées, ou photons. Les photons intriqués partagent des propriétés de telle manière que l’on ne peut pas comprendre l’un sans l’autre.

Faire communiquer les dispositifs de création et stockage des photons

Il existe plusieurs dispositifs utilisés pour créer des informations quantiques sous forme de photons intriqués et pour les stocker, mais la génération de ces photons à la demande et la disponibilité d’une mémoire quantique compatible ont longtemps échappé aux chercheurs.

Les photons ont certaines longueurs d’onde, mais les dispositifs de création et de stockage sont souvent réglés pour fonctionner avec des longueurs d’onde différentes, les empêchant de s’interfacer.

Pour faire communiquer les dispositifs, l’équipe a créé un système où les deux dispositifs utilisaient la même longueur d’onde. Un «point quantique» a produit des photons (non intriqués), qui ont ensuite été transmis à un système de mémoire quantique qui stockait les photons dans un nuage d’atomes de rubidium. Un laser a permis d’activer et de désactiver la mémoire, permettant de stocker et de libérer les photons à la demande.

Une étape importante vers la mise en réseau quantique

Non seulement la longueur d’onde de ces deux dispositifs correspondait, mais elle est également identique à celle des réseaux de télécommunications utilisés aujourd’hui, ce qui permet de la transmettre avec des câbles à fibres optiques classiques utilisés dans les connexions Internet quotidiennes.

Bien que des points quantiques et des mémoires quantiques indépendants plus efficaces que le nouveau système aient été créés, il s’agit de la première preuve que des dispositifs peuvent être conçus pour s’interfacer, et ce à des longueurs d’onde de télécommunications.

L’équipe va maintenant chercher à améliorer le système, notamment en s’assurant que tous les photons sont produits à la même longueur d’onde, en améliorant la durée de stockage des photons et en réduisant la taille de l’ensemble du système.

En tant que preuve de concept, il s’agit néanmoins d’une étape importante, comme le souligne le co-auteur de l’étude de l’Université de Southampton : « Les membres de la communauté quantique ont activement tenté cette liaison pendant un certain temps. Cela nous inclut, ayant essayé cette expérience deux fois auparavant avec différents dispositifs de mémoire et de points quantiques, remontant à plus de cinq ans, ce qui montre à quel point c’est difficile à faire. »

Légende illustration : Dr Sarah Thomas working in the quantum optics lab. Crédit : Thomas Angus / Imperial College London

Deterministic storage and retrieval of telecom light from a quantum dot single-photon source interfaced with an atomic quantum memory,’ par Sarah E. Thomas, Lukas Wagner et al. is publié dans Science Advances.

Le graphène bicouche : un matériau aux propriétés déconcertantes

Le graphène bicouche : un matériau aux propriétés déconcertantes

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’Université de Göttingen, a démontré expérimentalement que les électrons dans le graphène bicouche naturel se déplacent comme des particules sans masse, de la même manière que la lumière voyage. De plus, ils ont montré que le courant peut être “allumé” et “éteint”, ce qui ouvre des perspectives pour le développement de transistors miniatures et économes en énergie – comme l’interrupteur de votre maison, mais à l’échelle nanométrique.

Le Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis et le National Institute for Materials Science (NIMS) au Japon ont également participé à cette recherche.

Le graphène : un matériau aux propriétés exceptionnelles

Identifié en 2004, le graphène est une couche unique d’atomes de carbone. Parmi ses nombreuses propriétés inhabituelles, le graphène est connu pour sa conductivité électrique extraordinairement élevée, due à la vitesse élevée et constante des électrons qui le traversent. Cette caractéristique unique a fait rêver les scientifiques d’utiliser le graphène pour des transistors beaucoup plus rapides et plus économes en énergie.

Le défi a été que pour fabriquer un transistor, le matériau doit pouvoir passer d’un état hautement conducteur à un état hautement isolant. Or, dans le graphène, un tel «interrupteur» dans la vitesse des porteurs de charge ne peut pas être facilement réalisé. En fait, le graphène n’a généralement pas d’état isolant, ce qui a limité son potentiel en tant que transistor.

Le graphène bicouche : la solution pour des transistors ultra-efficaces

L’équipe de l’Université de Göttingen a maintenant découvert que deux couches de graphène, telles qu’on les trouve dans la forme naturelle du graphène bicouche, combinent le meilleur des deux mondes : une structure qui supporte le mouvement incroyablement rapide des électrons se déplaçant comme la lumière, comme s’ils n’avaient pas de masse, en plus d’un état isolant.

Les chercheurs ont montré que cet état peut être modifié par l’application d’un champ électrique perpendiculaire au matériau, rendant le graphène bicouche isolant. Cette propriété des électrons à déplacement rapide avait été prédite théoriquement dès 2009, mais il a fallu une qualité d’échantillon considérablement améliorée, rendue possible par les matériaux fournis par le NIMS, et une étroite collaboration sur la théorie avec le MIT, avant qu’il ne soit possible de l’identifier expérimentalement.

Bien que ces expériences aient été réalisées à des températures cryogéniques – à environ 273° en dessous du point de congélation – elles montrent le potentiel du graphène bicouche pour réaliser des transistors hautement efficaces.

Une première étape vers des applications technologiques innovantes

Le professeur Thomas Weitz, de la faculté de physique de l’Université de Göttingen, déclare : « Nous étions déjà au courant de la théorie. Cependant, nous avons maintenant réalisé des expériences qui montrent effectivement la dispersion de type lumière des électrons dans le graphène bicouche. Ce fut un moment très excitant pour toute l’équipe. »

La Dr Anna Seiler, chercheuse postdoctorale et première auteure, également à l’Université de Göttingen, ajoute : « Notre travail est vraiment une première étape, mais une étape cruciale. La prochaine étape pour les chercheurs sera de voir si le graphène bicouche peut réellement améliorer les transistors ou d’étudier le potentiel de cet effet dans d’autres domaines technologiques. »

Légende illustration : Représentation artistique des charges en mouvement dans le graphène bicouche naturel. – Crédit : Lukas Kroll

Anna M. Seiler et al. “Probing the tunable multi-cone band structure in Bernal bilayer graphene”, Nature Communications 2024. Doi: 10.1038/s41467-024-47342-0

Créer une île paradisiaque dans un réacteur de fusion

Créer une île paradisiaque dans un réacteur de fusion

La fusion nucléaire, source d’énergie propre et inépuisable, suscite un intérêt croissant dans la communauté scientifique. Les chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département de l’Énergie des États-Unis (DOE) ont récemment démontré comment deux méthodes existantes de gestion du plasma peuvent être combinées pour offrir une plus grande flexibilité dans la production d’électricité par fusion.

Les deux méthodes en question, connues sous les noms de pilotage du courant par électrons cyclotroniques (ECCD) et d’application de perturbations magnétiques résonantes (RMP), ont été longuement étudiées séparément. Cependant, c’est la première fois que des chercheurs simulent leur utilisation conjointe pour améliorer le contrôle du plasma.

Qiming Hu, physicien de recherche au PPPL et auteur principal d’un nouvel article publié dans Nuclear Fusion, explique : « C’est une idée assez nouvelle. Toutes les possibilités n’ont pas encore été explorées, mais notre article contribue grandement à faire progresser notre compréhension des avantages potentiels. »

Surmonter les défis pour générer de l’électricité par fusion

Pour utiliser la fusion comme source d’électricité, les scientifiques devront surmonter plusieurs obstacles, notamment perfectionner les méthodes permettant de minimiser les bouffées de particules provenant du plasma, connues sous le nom de modes localisés au bord (ELM).

Alessandro Bortolon, physicien de recherche principal au PPPL et co-auteur de l’article, explique : « Le meilleur moyen que nous ayons trouvé pour éviter les ELM est d’appliquer des perturbations magnétiques résonantes, ou RMP, qui génèrent des champs magnétiques supplémentaires. »

Les champs magnétiques créent des îlots, les micro-ondes les ajustent

Les champs magnétiques supplémentaires créés par les RMP traversent le plasma, s’entrecroisant comme les points d’un couturier. Ces champs produisent des îlots magnétiques de forme ovale ou circulaire dans le plasma.

Qiming Hu souligne : « Normalement, les îlots dans les plasmas sont vraiment, vraiment mauvais. Si les îlots sont trop grands, le plasma lui-même peut se rompre. » Les chercheurs savaient déjà expérimentalement que, dans certaines conditions, les îlots peuvent être bénéfiques.

L’injection de faisceaux micro-ondes permet d’ajuster la taille des îlots

L’ajout d’ECCD, qui est essentiellement une injection de faisceaux micro-ondes, au bord du plasma réduit la quantité de courant nécessaire pour générer les RMP nécessaires à la création des îlots. Cette injection a également permis aux chercheurs de perfectionner la taille des îlots pour une stabilité maximale du bord du plasma.

Qiming Hu explique : « Notre simulation affine notre compréhension des interactions en jeu. Lorsque l’ECCD a été ajouté dans la même direction que le courant dans le plasma, la largeur de l’îlot a diminué et la pression du piédestal a augmenté. L’application de l’ECCD dans la direction opposée a produit des résultats inverses, avec une augmentation de la largeur de l’îlot et une baisse de la pression du piédestal ou une facilitation de l’ouverture de l’îlot. »

L’ECCD au bord, plutôt qu’au cœur du plasma

Cette recherche est également remarquable car l’ECCD a été ajouté au bord du plasma au lieu du cœur, où il est généralement utilisé. Qiming Hu souligne : « Nous avons montré que c’est faisable et nous avons démontré la flexibilité de l’approche. Cela pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la conception de futurs dispositifs. »

En réduisant la quantité de courant nécessaire pour générer les RMP, ce travail de simulation pourrait à terme conduire à une réduction du coût de la production d’énergie de fusion dans les dispositifs de fusion à l’échelle commerciale du futur.

Illustration principale / Crédit d’illustration : Kyle Palmer / Service de communication du PPPL

23 millisecondes : le temps record de mémoire atteint par le tambour quantique

23 millisecondes : le temps record de mémoire atteint par le tambour quantique

Les chercheurs de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague ont développé une nouvelle méthode pour créer une mémoire quantique. Un petit tambour peut stocker des données envoyées par la lumière dans ses vibrations sonores, puis transmettre ces données avec de nouvelles sources lumineuses lorsque nécessaire.

Juste en dessous de l’ancien bureau de Niels Bohr se trouve un sous-sol où des tables éparses sont recouvertes de petits miroirs, de lasers et d’une agglomération de toutes sortes de dispositifs reliés par des enchevêtrements de fils et des amas de ruban adhésif. Bien qu’il soit difficile pour l’œil non averti de discerner que ces tables abritent en réalité un éventail de projets de recherche de pointe, l’essentiel se passe dans des mondes si petits que même les lois de Newton ne s’appliquent pas. C’est là que les héritiers de la physique quantique de Niels Bohr développent les technologies quantiques les plus avancées.

L’un de ces projets se distingue – pour les physiciens du moins – par le fait qu’un gadget visible à l’œil nu est capable d’atteindre des états quantiques. Le tambour quantique est une petite membrane faite d’un matériau céramique ressemblant à du verre, avec des trous dispersés selon un motif soigné le long de ses bords. Lorsque le tambour est frappé par la lumière d’un laser, il commence à vibrer, et ce, si rapidement et sans perturbation, que la mécanique quantique entre en jeu. Cette propriété a depuis longtemps suscité l’intérêt en ouvrant de nombreuses possibilités technologiques quantiques.

Photo: University of Copenhagen

Désormais, une collaboration entre différents domaines quantiques de l’Institut a démontré que le tambour peut également jouer un rôle clé pour le futur réseau d’ordinateurs quantiques. Tels des alchimistes modernes, les chercheurs ont créé une nouvelle forme de «mémoire quantique» en convertissant des signaux lumineux en vibrations sonores.

Dans un article de recherche récemment publié, les chercheurs ont prouvé que les données quantiques d’un ordinateur quantique émises sous forme de signaux lumineux – par exemple, via le type de câble à fibre optique déjà utilisé pour les connexions Internet à haut débit – peuvent être stockées sous forme de vibrations dans le tambour, puis transmises.

Des expériences antérieures ont démontré aux chercheurs que la membrane peut rester dans un état quantique par ailleurs fragile. Sur cette base, ils pensent que le tambour devrait être capable de recevoir et de transmettre des données quantiques sans qu’elles ne «décohèrent», c’est-à-dire sans perdre leur état quantique lorsque les ordinateurs quantiques seront prêts.

Selon Mads Bjerregaard Kristensen, chercheur postdoctoral à l’Institut Niels Bohr et auteur principal du nouvel article de recherche, cela ouvre de grandes perspectives pour le jour où les ordinateurs quantiques pourront vraiment faire ce que l’on attend d’eux. La mémoire quantique sera probablement fondamentale pour envoyer des informations quantiques sur de longues distances. Ainsi, ce que les chercheurs ont développé est une pièce cruciale dans les fondements mêmes d’un Internet du futur avec une vitesse et une sécurité quantiques.

Des recherches sont menées ailleurs sur une alternative où une source lumineuse porteuse de données est dirigée vers un système atomique et déplace temporairement les électrons de l’atome, mais cette méthode a ses limites.

Mads Bjerregaard Kristensen est le principal instigateur de cette nouvelle recherche. Photo de l’Université de Copenhague : Université de Copenhague

Comme l’explique le professeur Albert Schliesser, co-auteur de l’article de recherche, il y a des limites à ce que l’on peut faire avec un système atomique, car on ne peut pas concevoir soi-même les atomes ou la fréquence de la lumière avec laquelle ils peuvent interagir. Le système mécanique relativement «grand» des chercheurs offre plus de flexibilité. Ils peuvent bricoler et ajuster, de sorte que si de nouvelles découvertes changent les règles du jeu, il y a de bonnes chances que le tambour quantique puisse être adapté.

Le tambour est la dernière et la plus sérieuse tentative de mémoire quantique mécanique, car il combine un certain nombre de propriétés : le tambour a une faible perte de signal – c’est-à-dire que la force du signal de données est bien conservée. Il présente également l’énorme avantage de pouvoir gérer toutes les fréquences lumineuses, y compris la fréquence utilisée dans les câbles à fibre optique sur lesquels est construit l’Internet moderne.

Le tambour quantique est également pratique car les données peuvent être stockées et lues à tout moment. Et le temps de mémoire record de 23 millisecondes déjà atteint par les chercheurs rend beaucoup plus probable que cette technologie puisse un jour devenir un élément constitutif des systèmes de réseaux quantiques ainsi que du matériel des ordinateurs quantiques.

Selon le professeur, les chercheurs sont en avance avec cette recherche. L’informatique et la communication quantiques en sont encore à un stade précoce de développement, mais avec la mémoire obtenue, on peut imaginer que le tambour quantique sera un jour utilisé comme une sorte de RAM quantique, une sorte de «mémoire de travail» temporaire pour l’information quantique. Et cela serait révolutionnaire.

Article : “Long-lived and Efficient Optomechanical Memory for Light” – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.100802

Les technologies clés de l’intelligence énergétique dans les bâtiments et industries

Les technologies clés de l'intelligence énergétique dans les bâtiments et industries

L’avènement de l’intelligence énergétique représente une révolution dans la façon dont les bâtiments et les industries utilisent et gèrent cette ressource. Face aux défis climatiques actuels, l’optimisation de la consommation dans ce domaine devient une priorité absolue. Les technologies innovantes, s’appuyant sur l’IA, l’Internet des Objets (IoT), et les solutions de stockage avancées, ouvrent la voie à des structures plus habiles, efficaces et durables. Cet article se penchera sur les transformations dans ce secteur.

Les systèmes de gestion de l’énergie basés sur l’IA pour optimiser la consommation

Ces dispositifs marquent une avancée capitale dans l’usage efficient de cette ressource. En s’appuyant sur des algorithmes d’apprentissage automatique, ils analysent en profondeur les données historiques et en temps réel pour détecter des modèles de consommation. Cette étude permet de prédire avec précision les besoins futurs et d’ajuster de façon spontanée les paramètres pour maximiser l’efficacité.

Dans le cas des bâtiments commerciaux, l’IA joue un rôle transformationnel en pilotant de manière proactive le chauffage, la ventilation et l’éclairage. Par exemple, si un système décèle une pièce inoccupée ou anticipe une baisse de température extérieure, il peut réduire le chauffage ou éteindre les lumières. Il diminue ainsi significativement l’usage de l’électricité. Ces modifications sont effectuées sans délai, assurant une utilisation qui reflète les besoins actuels plutôt que des estimations approximatives.

Dans l’industrie, où la consommation énergétique est souvent massive et moins prévisible, l’IA offre une opportunité d’optimiser la production en fonction des fluctuations de la demande. Les outils présagent les périodes de haute sollicitation et adaptent l’activité de production en conséquence, favorisant un emploi rationnel et économique de l’électricité.

En plus de limiter les coûts, ces innovations favorisent également une approche durable et respectueuse de l’environnement dans la gestion des ressources. Cela souligne l’importance de la technologie dans la réalisation des objectifs d’efficacité dans ce domaine et de réduction des émissions de carbone.

énergie industrie

Des solutions de stockage d’énergie avancées pour une meilleure flexibilité

La conservation de cette ressource est devenue un pilier essentiel de la transition vers un système encore vivant et adaptable. Les progrès dans ce domaine ont ouvert la voie à une multitude de solutions optimisées, offrant une souplesse sans précédent aux bâtiments et aux industries. Ces outils favorisent une gestion efficace, en permettant d’entreposer l’énergie produite à partir de sources intermittentes telles que solaire et éolienne. Ils donnent aussi la possibilité de la libérer au moment opportun.

Batteries thermiques

Ces dispositifs de stockage sont très prometteurs, car ils vous permettent d’utiliser l’énergie que vous produisez vous-même, ce qu’on appelle l’autoconsommation. Ces systèmes consistent en effet à stocker l’énergie que vous produisez durant la journée, et celle-ci sera ensuite utilisée lorsque vous en aurez besoin. L’avantage étant que cela n’engendre aucune perte énergétique, et pour cause, l’énergie fournie en trop par votre centrale solaire sera stockée sous forme thermique. Un système résolument écologique donc. Si vous êtes intéressé par cette technologie, le groupe industriel Fhe France, par exemple, est spécialisé dans le secteur de l’énergie et a développé ce type de solution innovante. L’idéal si vous souhaitez gérer votre consommation énergétique de manière autonome.

Batteries Lithium-ion

Ces batteries ont une densité accrue, une longue durée de vie et une capacité à fournir une puissance élevée sur de courtes périodes. Ces caractéristiques en font un choix idéal pour les applications résidentielles, commerciales et industrielles. À savoir que les systèmes basés sur des batteries lithium-ion peuvent être installés à petite ou grande échelle. Ils apportent alors une large flexibilité dans divers scénarios, tels que la régulation de la charge et de la décharge pour optimiser la consommation.

Stockage à hydrogène

Cette solution propose une large liberté d’utilisation. L’hydrogène peut être fabriqué à partir de sources renouvelables grâce à l’électrolyse de l’eau, puis conservé sous forme liquide ou gazeuse pour un emploi ultérieur. Les équipements peuvent être dimensionnés pour répondre à une immense variété d’applications, allant des besoins résidentiels aux fonctions industrielles d’envergure. Cette ressource peut aussi être exploitée comme vecteur énergétique dans les secteurs du transport et de la production d’électricité. Les outils fournissent ainsi une polyvalence et une souplesse supplémentaires.

Volants d’inertie

Ces moyens de stockage gagnent en popularité en raison de leur efficacité et de leur capacité à fournir une puissance élevée sur de courtes périodes. Ils entreposent de l’énergie cinétique en faisant tourner un volant à énorme vitesse, qui peut être convertie en électricité lorsque cela est nécessaire. Les outils offrent une réponse rapide aux fluctuations de la demande, ce qui les rend très adaptés pour la régulation de fréquence dans les réseaux ou pour apporter des secours en cas de coupure de courant. Ces innovations favorisent une distribution démocratique de cette ressource importante. Les communautés et les entreprises peuvent ainsi devenir autonomes en la matière.

Les capteurs et l’IoT pour une surveillance et un contrôle en temps réel

L’intégration de ces outils dans le domaine de la gestion énergétique est un changement paradigmatique, révolutionnant la collecte et l’analyse des données. Cette synergie technologique offre une surveillance et un contrôle sans précédent, ouvrant la porte à un contrôle localisé intelligent et réactif. En effet, les capteurs, disséminés stratégiquement à travers les infrastructures, recueillent des informations importantes sur l’état des équipements, la consommation d’électricité et les variables environnementales comme la température et l’humidité. Ces renseignements sont ensuite transmis via l’IoT à des systèmes centraux d’étude, permettant une évaluation précise et en temps réel des performances.

La capacité à détecter les anomalies ou les défaillances potentielles avant qu’elles ne deviennent problématiques est un avantage significatif de cette approche. Par exemple, un dispositif peut identifier un appareil qui surchauffe et signaler ce souci pour une maintenance préventive, évitant ainsi des coûts de réparation élevés et des pertes. De plus, en analysant l’usage de cette ressource au fur et à mesure, les structures basées sur l’IoT peuvent ajuster dynamiquement les paramètres pour optimiser son efficacité. Cette méthode peut être alors adaptée aux besoins véritables plutôt qu’à des schémas préétablis.

Dans les bâtiments intelligents, l’application de ces technologies va au-delà de la simple économie. Les outils qui mesurent la qualité de l’air peuvent parfois aligner automatiquement les systèmes de ventilation pour améliorer le confort des occupants tout en maximisant la consommation d’énergie. Cette stratégie holistique réduit les dépenses et bonifie le bien-être des individus.

technologie avancée pour l'énergie

Les logiciels de prévision énergétique pour anticiper la demande et la production

Grâce à l’emploi de modèles prédictifs avancés, ces outils anticipent avec une grande précision les fluctuations futures de la sollicitation et de la fabrication de cette ressource. Cela permet aux opérateurs de réseaux de programmer de manière plus fonctionnelle l’équilibrage entre l’offre et la requête, ce qui minimise le risque de surproduction coûteuse ou de pénurie préjudiciable.

La planification, soutenue par des prévisions claires, est très bénéfique dans le secteur industriel, où elle peut entraîner une réduction notable des prix opérationnels. Par exemple, une usine peut employer ces logiciels pour ajuster son exploitation selon les estimations de demande, maximisant l’utilisation de ses moyens et restreignant ses dépenses. De même, dans le domaine des bâtiments résidentiels ou commerciaux, cette approche garantit un confort constant pour les occupants. En modulant le chauffage, la climatisation et l’éclairage en fonction des besoins, les constructions peuvent maintenir une température et une luminosité optimales tout en atténuant la consommation d’électricité.

Ces innovations sont un pivot central dans l’effort global pour une gestion plus intelligente et durable. En favorisant une allocation efficace des ressources, elles diminuent l’empreinte écologique des activités humaines. Elles marquent alors une étape importante vers la réalisation d’un avenir propre et équilibré.

L’intégration des énergies renouvelables dans les systèmes énergétiques intelligents

Grâce aux avancées, il est désormais possible d’harmoniser le développement de cette ressource renouvelable avec les besoins. Cela améliore la flexibilité et l’efficacité des réseaux.

Cette intégration se manifeste par l’ajustement actif de la consommation en fonction de la production solaire disponible. En optimisant l’utilisation de ces dispositions lorsqu’elles sont abondantes et en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles pendant les périodes de faible rendement, les systèmes intelligents minimisent l’impact environnemental. Ils garantissent de même la fiabilité de l’approvisionnement.

L’emploi de micro-réseaux et des innovations dans le secteur, comme IA, enrichit cette dynamique. Ces éléments permettent un contrôle localisé situé et adaptable de l’énergie, facilitant l’autonomie des communautés ou des industries en tirant le meilleur parti des ressources écologiques locales.

Un centre high-tech pour relever les défis énergétiques de demain

Un centre high-tech pour relever les défis énergétiques de demain

Le Centre pour la chimie de l’énergie et de l’environnement de Iéna (CEEC Iéna) de l’Université de Iéna (Allemagne) suscite de grandes attentes avant même son achèvement. Les nouveaux bâtiments offrent un cadre propice à la recherche de pointe et ont déjà permis d’obtenir d’importants financements.

Selon le Prof. Dr Ulrich S. Schubert, chimiste et spécialiste des matériaux à Iéna, l’architecture fonctionnelle du nouveau centre avec ses laboratoires spécialisés a déjà contribué à l’acquisition de programmes coordonnés de la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et du nouvel Institut Helmholtz HIPOLE Iéna. Parmi les projets notables, on peut citer l’extension du programme prioritaire de la DFG «Batteries à base de polymères», l’acquisition du nouveau groupe de recherche DFG “FuncHeal” et le cluster d’innovation sur l’eau de Thuringe ThWIC DE.

Ces projets et bien d’autres trouvent désormais leur place dans le CEEC Iéna II et le Centre d’application CEEC Iéna (AWZ CEEC Iéna), officiellement inaugurés le 12 avril 2024. De nombreuses personnalités étaient présentes, dont le Premier ministre de l’État libre de Thuringe, Bodo Ramelow, le ministre des Sciences Wolfgang Tiefensee et la secrétaire d’État à la Construction, la Prof. Dr Barbara Schönig.

L’Université de Iéna, un maître d’ouvrage efficace

Pour le Prof. Dr Georg Pohnert, président par intérim de l’Université de Iéna, ces nouveaux bâtiments démontrent non seulement l’excellence de la recherche menée à l’Université Friedrich Schiller, mais aussi ses compétences en matière de construction. Malgré la pandémie de COVID-19, le projet est resté quasiment dans les délais et le budget prévus depuis 2021, justifiant ainsi la confiance accordée par l’État libre de Thuringe.

Les deux parties du bâtiment, réunies sous un même toit, ont coûté 53 millions d’euros, financés par l’État fédéral d’Allemagne et l’État libre de Thuringe avec le soutien de la Fondation Carl Zeiss et de la Fondation Ernst Abbe, ainsi que par des fonds de l’UE (FEDER) et les ressources propres de l’Université. L’État a également soutenu l’équipement à hauteur de près de 10 millions d’euros, notamment pour l’acquisition d’un microscope électronique à transmission pour les matériaux polymères d’une valeur de 5,5 millions d’euros.

Explorer l’avenir de l’eau et de l’énergie

Ces investissements permettent à la communauté scientifique de Iéna d’aborder des questions importantes liées au climat, comme la recherche sur les batteries et l’énergie, mais aussi de nombreux autres sujets relevant de la chimie, des sciences des matériaux et des géosciences. Des systèmes de stockage d’énergie électrochimique sans métal (batteries, supercondensateurs), des photovoltaïques et des façades intelligentes ainsi que des technologies innovantes de l’eau sont en cours de développement.

De nouveaux matériaux seront inventés, synthétisés, traités et utilisés. Les chercheurs, de la chimie des polymères et du verre à la minéralogie, trouveront ici les meilleures conditions de travail. Au total, douze groupes de travail de l’Université et du nouvel «Institut Helmholtz pour les polymères dans les applications énergétiques de Iéna» (HIPOLE Iéna) s’installent dans ces nouveaux bâtiments.

Un bâtiment à l’image de la recherche durable

Conçu par le cabinet d’architecture munichois Telluride (anciennement HDR), le bâtiment reflète par sa forme même les thématiques de recherche qui y sont menées. Le cuivre, par exemple, fait référence aux feuilles pour électrodes de batteries. De plus, la couleur cuivrée de la barre de toit s’harmonise avec la clinique historique voisine.

Le toit, couvert de cellules solaires pour une alimentation en énergie verte et doté de zones de test pour les cellules solaires ou les composants de façade, prouve qu’une recherche durable sur la durabilité de l’avenir est menée ici.

Le nouveau bâtiment, avec ses deux parties, comprend au total 4 000 mètres carrés de surface utile et abrite plus de 40 bureaux et 60 laboratoires. Un centre technique pour la montée en puissance et les grands appareils a été mis en place dans le centre d’application. Il est désormais possible de rapprocher les résultats de la recherche d’une éventuelle production ultérieure et de produire et traiter sur place de plus grandes quantités des matériaux souhaités.

85 millions d’euros investis en dix ans

Selon le Prof. Schubert, en dix ans, 85 millions d’euros, plus 20 millions d’euros pour les instruments de recherche, ont été investis dans le campus Landgrafen, dans quatre bâtiments reliés par des passerelles. Cela permet à l’Université de Iéna de mener les initiatives de recherche lancées en 2010 dans les domaines de la recherche sur les polymères et les matériaux pour les applications énergétiques, environnementales et pharmaceutiques avec une qualité totalement nouvelle.

Les chercheurs travailleront désormais à justifier ces investissements en menant des recherches de haut niveau et en les convertissant en produits qui, à leur tour, conduiront à la création de nouveaux emplois en Thuringe.

La SCIA, moteur de l’innovation dans les semi-conducteurs aux USA

La SCIA, moteur de l'innovation dans les semi-conducteurs aux USA

Le carbure de silicium (SiC), un matériau semi-conducteur composé d’atomes de silicium et de carbone arrangés en cristaux, est de plus en plus essentiel aux technologies modernes telles que les véhicules électriques, les systèmes d’énergie renouvelable, les infrastructures de télécommunications et la microélectronique.

Connu pour sa capacité à résister à des environnements extrêmes et à des tensions élevées, le SiC est au cœur des efforts de recherche et de développement visant à faire progresser son potentiel.

Penn State lance la Silicon Carbide Innovation Alliance (SCIA)

Pour faire progresser le potentiel de ce semi-conducteur, l’université Penn State a récemment lancé l’Alliance pour l’innovation dans le domaine du carbure de silicium (SCIA), une coalition de leaders de l’industrie, d’institutions académiques et de soutiens gouvernementaux avec pour objectif de devenir le centre névralgique national pour la recherche, le développement et la formation de la main-d’œuvre dans la technologie des cristaux de SiC.

Le SiC présente une efficacité et des performances supérieures au silicium et est déjà un composant clé dans les véhicules électriques et pour le développement d’une infrastructure énergétique plus respectueuse du carbone. Selon Joshua Robinson, professeur de science et d’ingénierie des matériaux et directeur de la SCIA, « le SiC est le semi-conducteur essentiel pour la transition énergétique car il est au centre de plusieurs “technologies vertes” de nouvelle génération ».

Le SiC3 au cœur de l’alliance

Le fleuron de l’alliance sera le onsemi Silicon Carbide Crystal Center (SiC3) récemment établi au Material Research Institute de Penn State. Le SiC3 est financé via un partenariat de 8 millions de dollars avec onsemi, un leader industriel dans les technologies de puissance et de détection intelligentes.

Selon Joshua Robinson, la recherche académique sur la croissance des cristaux de SiC avait fait des progrès significatifs il y a 20 ans, produisant des matériaux principalement pour le Département de la Défense, mais bien que l’espace d’application se soit considérablement élargi, l’éducation et la recherche universitaires dans ce domaine ont depuis diminué aux États-Unis.

Le soutien crucial de l’US Air Force

Robinson a souligné que l’US Air Force a également apporté un soutien essentiel pour rendre la SCIA possible grâce à une subvention du Programme d’instrumentation de recherche de l’université de défense (DURIP). « Le rôle de l’US Air Force dans la création de la SCIA ne peut être surestimé », a indiqué Joshua Robinson. « L’Air Force a fourni un financement crucial pour l’achat d’instruments essentiels qui ont été la clé pour sécuriser notre partenariat avec onsemi et jeter les bases de la SCIA. Ce soutien souligne également l’importance stratégique du SiC dans les applications de sécurité nationale et de défense. »

Alignement avec les objectifs du CHIPS and Science Act

La vision de la SCIA s’aligne étroitement avec les objectifs du CHIPS and Science Act, qui vise à revitaliser l’industrie des semi-conducteurs en Amérique et à renforcer les capacités de fabrication nationales. L’alliance sera également essentielle dans les efforts autour du Hub des semi-conducteurs de la région Mid-Atlantic (MASH), une coalition interdépendante des meilleures universités et industries fondée par Penn State pour combiner les ressources et l’expertise afin de répondre aux besoins de l’industrie des semi-conducteurs aux États-Unis en renforçant et en alignant la recherche, la fabrication et le développement de la main-d’œuvre.

Clive Randall, professeur distingué de science et d’ingénierie des matériaux et directeur de l’Institut de recherche sur les matériaux (MRI) à Penn State, a déclaré : « L’accent mis par la SCIA sur le développement de la main-d’œuvre et la promotion de la collaboration entre l’industrie et le monde universitaire en Pennsylvanie et au-delà contribue à la réalisation des objectifs du CHIPS Act. Cela sera fondamental pour le leadership de Penn State dans le MASH, qui vise à accélérer l’innovation dans les semi-conducteurs. »

Prochaines étapes : développer les partenariats

La prochaine étape pour l’alliance est de développer son membership. David Fecko, agent de liaison industrielle pour le MRI, a ajouté : « Nous voyons d’abondantes opportunités de collaboration tout au long de la chaîne d’approvisionnement des substrats de SiC, et nous sommes impatients de nous connecter avec les parties prenantes de l’industrie pour explorer les partenariats potentiels dans ce domaine passionnant. »

« Notre objectif sera de relever les défis pertinents pour l’industrie aux côtés des membres de la SCIA et de cultiver une main-d’œuvre qualifiée grâce à une formation pratique dans une installation pilote. Dans cette optique, nous recherchons activement de nouvelles entreprises pour se joindre à nous dans nos efforts », a conclu David Fecko.

Légende illustration : Le carbure de silicium, un matériau semi-conducteur cristallin essentiel pour l’électronique de pointe et l’énergie propre, cultivé dans des fours à haute température comme celui de gauche, est au cœur de l’Alliance pour l’innovation du carbure de silicium (Silicon Carbide Innovation Alliance). L’alliance s’efforcera de faire progresser la technologie du carbure de silicium et le développement de la main-d’œuvre aux États-Unis. Crédit : Institut de recherche sur les matériaux de l’État de Pennsylvanie. Tous droits réservés.

Découverte d’une méthode pour un graphène nanocellulaire parfait

Découverte d'une méthode pour un graphène nanocellulaire parfait

Le graphène, matériau aux propriétés exceptionnelles, ne cesse de susciter l’intérêt de la communauté scientifique depuis sa découverte en 2004. Ses applications potentielles dans de nombreux domaines, allant de l’électronique à la médecine, en font un sujet de recherche particulièrement stimulant.

Récemment, une équipe de chercheurs a mis au point une nouvelle méthode pour fabriquer du graphène nanocellulaire sans fissures, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles perspectives d’utilisation.

Le graphène, un matériau aux propriétés remarquables

Le graphène est constitué de feuilles bidimensionnelles d’atomes de carbone, liés entre eux pour former une structure hexagonale d’une épaisseur d’une seule couche d’atomes. Malgré sa finesse, le graphène est incroyablement résistant, léger, flexible et transparent. Il présente également une conductivité électrique et thermique extraordinaire, une grande surface spécifique et une imperméabilité aux gaz. Ces propriétés lui confèrent une polyvalence inégalée dans de nombreuses applications, des transistors à haute vitesse aux biocapteurs.

Le graphène nanocellulaire (GNC) est une forme spécialisée de graphène qui permet d’obtenir une grande surface spécifique en empilant plusieurs couches de graphène et en contrôlant sa structure interne avec une morphologie cellulaire à l’échelle nanométrique. Le GNC est convoité pour son potentiel à améliorer les performances des dispositifs électroniques, des dispositifs énergétiques et des capteurs. Cependant, son développement a été freiné par les défauts qui surviennent lors du processus de fabrication, notamment l’apparition de fissures lors de la formation du GNC.

Méthode pour fabriquer du graphène nanocellulaire sans fissures

Won-Young Park, étudiant diplômé de l’Université de Tohoku, et ses collègues ont découvert que les atomes de carbone s’auto-assemblent rapidement en GNC sans fissures lors du désalliage d’un précurseur amorphe Mn-C dans un bain de bismuth fondu. Le désalliage est une technique de traitement qui exploite la miscibilité variable des composants d’un alliage dans un bain de métal fondu, corrodant sélectivement certains composants de l’alliage tout en préservant les autres.

Les chercheurs ont démontré que les GNC développés par cette méthode présentaient une résistance à la traction élevée et une conductivité élevée après graphitisation. Ils ont également testé le matériau dans une batterie sodium-ion (BSI), où il a démontré un taux élevé, une longue durée de vie et une excellente résistance à la déformation.

Des perspectives prometteuses pour les batteries sodium-ion

Selon Won-Young Park, « notre méthode de fabrication de GNC sans fissures permettra d’améliorer les performances et la flexibilité des BSI, une technologie alternative aux batteries lithium-ion pour certaines applications, notamment dans le stockage d’énergie à grande échelle et les systèmes d’alimentation stationnaires où les considérations de coût, de sécurité et de durabilité sont primordiales. »

Cette recherche a été rendue possible grâce à la collaboration de chercheurs de l’Institut de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku, de l’Institut de recherche sur les frontières interdisciplinaires des sciences de l’Université de Tohoku, de l’Institut de recherche sur la fracture et la fiabilité, de l’Université des sciences et technologies de Pohang et de l’Université Johns Hopkins.

Article : “Mechanically Robust Self-Organized Crack-Free Nanocellular Graphene with Outstanding Electrochemical Properties in Sodium Ion Battery” | Auteurs : Wong-Young Park, Jiuhui Han, Jongun Moon, Soo-Hyun Joo, Takeshi Wada, Yuji Ichikawa, Kazuhiro Ogawa, Hyoung Seop Kim, Mingwei Chen, Hidemi Kato | Journal: Advanced Materials | DOI: 10.1002/adma.202311792

Comprendre la gestion technique du bâtiment et son utilité

Comprendre la gestion technique du bâtiment et son utilité

Dans un contexte de réchauffement climatique et de hausse du coût de l’énergie, la mise en place d’un système de gestion technique du bâtiment devient incontournable. Celle-ci doit faire partie intégrante d’un projet immobilier, en construction comme en rénovation.

La gestion technique du bâtiment devient incontournable

Selon Sinteo, acteur dans le domaine de la performance des bâtiments, la Gestion Technique du Bâtiment est un axe essentiel dans le secteur de la construction. En faisant le choix des meilleures solutions technologiques du marché, celle-ci offre en effet la possibilité de gérer de façon efficace et responsable les bâtiments.

Un système de gestion technique du bâtiment, ou GTB, permet de piloter de manière centralisée l’ensemble des équipements techniques d’un bâtiment par le biais de l’informatique. Grâce à un système, vous avez en effet la possibilité de contrôler de façon intelligente et coordonnée les éclairages, le chauffage, la climatisation et la ventilation. Vous pouvez également gérer des aspects comme les accès et la sécurité incendie. La GTB peut être intégrée dans un bâtiment tertiaire, commercial, industriel, résidentiel ou de santé.

Des bâtiments confortables et écoresponsables

Grâce à un système de gestion technique du bâtiment, vous pouvez rendre un bâtiment plus confortable et plus pratique pour vos collaborateurs et vos visiteurs. À l’aide de capteurs de température installés à des endroits stratégiques, il est en effet possible d’ajuster en temps réel le chauffage ou la climatisation afin de maintenir une température douce et homogène dans le bâtiment. Un ajustement automatique du système de ventilation assure de son côté un environnement agréable et sain en toute saison, en évitant notamment la stagnation de l’humidité.

Un système de gestion technique du bâtiment se traduit en outre par une meilleure maîtrise de la consommation énergétique. Grâce à une programmation reposant sur des emplois du temps, il est notamment possible de couper les éclairages et le chauffage quand les lieux sont totalement vides. Il n’y a effectivement aucun intérêt à laisser des lumières allumées ou la température ambiante à 22°C en l’absence de salariés. De plus, la collecte d’informations permet de suivre les consommations énergétiques et d’identifier des pistes d’amélioration.

Une sécurité accrue et des coûts réduits

Un système de gestion technique du bâtiment sert aussi à renforcer la sécurité dans un bâtiment. Grâce à des contrôles d’accès par badge, vous pouvez être informé des allées et venues. En recevant des alertes à distance, vous êtes prévenu d’une intrusion ou d’un départ de feu dans le bâtiment en votre absence, afin de prévenir les forces de l’ordre ou les secours. De plus, des capteurs offrent la possibilité de détecter des appareils de sécurité défaillants, dans le but de prévoir une réparation et de garder des équipements pleinement opérationnels.

Il ne faudrait pas oublier l’aspect économique. Réduire la consommation énergétique d’un bâtiment, c’est également baisser les coûts de fonctionnement. Cet aspect n’est pas anodin, à l’heure où les prix de l’énergie peuvent subir de fortes hausses.

Si intégrer la GTB dans une nouvelle construction tombe sous le sens, est-il possible de l’envisager dans un bâtiment ancien ? Le mieux reste de contacter un expert qui réalisera une étude approfondie pour identifier les contraintes techniques et lever les barrières budgétaires. Il vous expliquera par ailleurs les normes à respecter.

L’hydrogène naturel, une énergie illimitée cachée sous nos pieds ?

L'hydrogène naturel, une énergie illimitée cachée sous nos pieds ?

L’hydrogène naturel, présent dans les poches souterraines de la croûte terrestre, suscite un intérêt grandissant en tant que source d’énergie potentiellement illimitée et sans carbone. Le département de l’Énergie des États-Unis a récemment accordé des subventions de recherche à des équipes de laboratoires, d’universités et d’entreprises privées pour développer des technologies permettant d’exploiter ce combustible bon marché et propre.

Un processus naturel de production d’hydrogène

L’hydrogène géologique est produit lorsque l’eau réagit avec des roches riches en fer, provoquant l’oxydation du fer. Le groupe de recherche du professeur assistant Iwnetim Abate du MIT, l’un des bénéficiaires de la subvention, utilisera sa subvention de 1,3 million de dollars pour déterminer les conditions idéales de production d’hydrogène souterrain, en tenant compte de facteurs comme les catalyseurs pour initier la réaction chimique, la température, la pression et les niveaux de pH.

L’objectif est d’améliorer l’efficacité de la production à grande échelle, en répondant aux besoins énergétiques mondiaux à un coût compétitif. Selon l’U.S. Geological Survey, il y aurait potentiellement des milliards de tonnes d’hydrogène géologique enfouis dans la croûte terrestre.

Un intérêt croissant pour l’hydrogène naturel

L’intérêt pour l’hydrogène géologique grandit à une époque où les gouvernements du monde entier recherchent des alternatives énergétiques sans carbone au pétrole et au gaz. En décembre, le président français Emmanuel Macron a déclaré que son gouvernement fournirait des fonds pour explorer l’hydrogène naturel.

Aujourd’hui, l’hydrogène commercial est fabriqué à 2 dollars le kilogramme, principalement pour la production d’engrais, de produits chimiques et d’acier, mais la plupart des méthodes impliquent la combustion de combustibles fossiles, qui libèrent du carbone réchauffant la Terre. L’« hydrogène vert », produit à partir d’énergies renouvelables, est prometteur, mais à 7 dollars le kilogramme, il est coûteux.

Des projets de recherche diversifiés

Les bénéficiaires des subventions de l’ARPA-E comprennent la Colorado School of Mines, la Texas Tech University et le Los Alamos National Laboratory, ainsi que des entreprises privées comme Koloma, une startup de production d’hydrogène qui a reçu des financements d’Amazon et de Bill Gates.

Les projets eux-mêmes sont diversifiés, allant de l’application des méthodes industrielles pétrolières et gazières pour la production et l’extraction d’hydrogène au développement de modèles pour comprendre la formation d’hydrogène dans les roches.

Un potentiel énorme à exploiter

Le géochimiste Viacheslav Zgonnik, l’un des plus grands experts dans le domaine de l’hydrogène naturel, s’accorde à dire que la liste des inconnues est longue, tout comme le chemin vers les premiers projets commerciaux. Mais il affirme que les efforts pour stimuler la production d’hydrogène – pour exploiter la réaction naturelle entre l’eau et la roche – présentent un « potentiel énorme ».

Le professeur assistant Iwnetim Abate dirige un projet visant à déterminer les conditions idéales pour produire de l’hydrogène sous terre. Photo : Gretchen Ertl

« L’idée est de trouver des moyens d’accélérer cette réaction et de la contrôler afin que nous puissions produire de l’hydrogène à la demande dans des endroits spécifiques », explique le géochimiste, PDG et fondateur de Natural Hydrogen Energy, une startup basée à Denver qui détient des baux miniers pour des forages exploratoires aux États-Unis. « Si nous pouvons atteindre cet objectif, cela signifie que nous pouvons potentiellement remplacer les combustibles fossiles par de l’hydrogène stimulé. »

Des expériences à grande échelle

Iwnetim Abate et les chercheurs de son laboratoire formulent une recette pour un fluide qui induira la réaction chimique déclenchant la production d’hydrogène dans les roches. L’ingrédient principal est l’eau, et l’équipe teste des matériaux « simples » pour les catalyseurs qui accéléreront la réaction et augmenteront ainsi la quantité d’hydrogène produite, explique le post-doctorant Yifan Gao.

L’équipe développe ce qu’elle appelle un système à haut débit, composé d’un logiciel d’intelligence artificielle et de robotique, pour tester différents mélanges de catalyseurs et simuler ce qui se passerait lorsqu’ils seraient appliqués à des roches de différentes régions, avec différentes conditions externes comme la température et la pression.

Pour Douglas Wicks, de l’ARPA-E, les questions que posent Iwnetim Abate et les autres bénéficiaires de la subvention ne sont que les premières étapes critiques d’un territoire énergétique inexploré.

« Si nous parvenons à comprendre comment stimuler ces roches pour qu’elles produisent de l’hydrogène en toute sécurité, nous pourrons vraiment libérer la source d’énergie potentielle », explique-t-il. Ensuite, l’industrie émergente se tournera vers le pétrole et le gaz pour le savoir-faire en matière de forage, de tuyauterie et d’extraction du gaz. « Comme j’aime à le dire, il s’agit d’une technologie habilitante qui, nous l’espérons, nous permettra à très court terme de dire : Y a-t-il vraiment quelque chose là ? »

La prochaine étape du projet, après avoir développé la recette du catalyseur, est de concevoir un réacteur qui servira à deux fins. Tout d’abord, équipé de technologies telles que la spectroscopie Raman, il permettra aux chercheurs d’identifier et d’optimiser les conditions chimiques qui conduisent à des taux et des rendements améliorés de production d’hydrogène.

Le dispositif à l’échelle du laboratoire permettra également d’orienter la conception d’un réacteur réel capable d’accélérer la production d’hydrogène sur le terrain.

Légende illustration : Le mois dernier, le ministère américain de l’énergie a accordé des subventions de recherche d’un montant de 20 millions de dollars à 18 équipes issues de laboratoires, d’universités et d’entreprises privées, afin de développer des technologies susceptibles de permettre la production à faible coût d’hydrogène à partir du sous-sol.

Un filtre intelligent de 10 000 pixels pour un traitement visuel inédit 

Un filtre intelligent de 10 000 pixels pour un traitement visuel inédit 

Les chercheurs travaillant sur la prochaine génération de technologies informatiques visent à apporter de la lumière dans ce domaine, au sens propre comme au figuré. L’informatique optique, qui repose sur des particules de lumière appelées photons, devrait offrir des alternatives aux approches électroniques traditionnelles. De tels systèmes, ou des composants basés sur la lumière de systèmes hybrides conservant également des parties électroniques, pourraient être plus rapides, consommer moins d’énergie et traiter les informations visuelles de manière plus efficace grâce à un traitement simultané et parallèle.

Les défis de l’informatique optique

Jusqu’à présent, l’informatique optique a été confrontée à une limitation pour obtenir des réponses non linéaires, ce qui signifie produire des signaux qui ne sont pas directement proportionnels à l’entrée. La non-linéarité rend possibles les applications informatiques universelles, y compris l’intelligence artificielle.

Les matériaux et dispositifs non linéaires en cours de développement ont besoin d’une quantité importante de lumière pour fonctionner. Auparavant, cela nécessitait des lasers de haute puissance qui ne fonctionnent que dans une bande étroite du spectre électromagnétique, absorbant la lumière au fil du temps, ce qui ralentit le traitement, ou utilisant des matériaux énergivores qui absorbent beaucoup de lumière mais excluent les applications nécessitant une efficacité ou une transparence lumineuse.

Une percée collaborative de la CNSI

Désormais, une étude collaborative récente menée par des membres du California NanoSystems Institute de l’UCLA (CNSI) a présenté un dispositif qui surmonte ces obstacles. Dans une avancée majeure vers l’informatique optique pour le traitement de l’information visuelle, les chercheurs du CNSI ont montré qu’un minuscule réseau de pixels transparents pouvait produire une réponse non linéaire rapide et à large bande à partir d’une lumière ambiante de faible puissance.

L’équipe a également démontré une application qui combine leur dispositif avec un appareil photo de smartphone pour réduire les reflets dans les images. L’étude a été publiée dans Nature Communications.

Selon Aydogan Ozcan, professeur d’innovation en ingénierie Volgenau à l’UCLA Samueli School of Engineering et co-auteur correspondant, « Les non-linéarités optiques sont loin derrière ce dont nous avons besoin pour les applications de calcul visuel. Nous avons besoin de non-linéarités à faible puissance, à large bande, à faibles pertes et rapides pour que les systèmes optiques répondent à nos besoins en matière de calcul visuel. Ce travail contribue à combler cette lacune. »

De multiples applications potentielles

Les applications potentielles de cette technologie, au-delà de la réduction des reflets validée dans l’étude, couvrent une variété d’utilisations grand public et industrielles : amélioration de la détection pour les véhicules autonomes, caméras qui reconnaissent certains objets tout en en cachant d’autres, cryptage d’images, et détection efficace des défauts dans les chaînes de montage robotisées, entre autres.

Le dispositif pourrait offrir de nombreux avantages. Par exemple, les images entrantes pourraient être traitées sans conversion en signal numérique, accélérant les résultats et réduisant la quantité de données envoyées dans le cloud pour un traitement et un stockage numériques.

Les chercheurs envisagent de relier leur technologie à des caméras bon marché et de compresser les données pour produire des images d’une résolution nettement supérieure à ce qui était réalisé auparavant, et de capturer avec plus de précision et d’exactitude des informations utiles sur la disposition des objets dans l’espace et les spectres électromagnétiques présents dans la lumière.

Un dispositif innovant et transparent

Le dispositif de l’étude est un plan transparent mesurant 1 cm carré. Il utilise un matériau semi-conducteur 2D, rendu sous forme de film de seulement quelques atomes d’épaisseur, qui a été développé par Xiangfeng Duan, professeur de chimie et de biochimie à l’UCLA College et co-auteur correspondant.

La finesse du matériau le rend transparent, tout en conservant des qualités qui permettent aux photons entrants de réguler efficacement la conductivité électrique. L’équipe de recherche a couplé le semi-conducteur 2D avec une couche de cristaux liquides et l’a rendu fonctionnel avec un réseau d’électrodes.

Le résultat est un filtre intelligent comprenant 10 000 pixels, chacun étant capable de s’assombrir de manière sélective et rapide de façon non linéaire lorsqu’il est exposé à une lumière ambiante à large bande.

Comme l’explique Xiangfeng Duan, « Fondamentalement, nous voulons utiliser un matériau qui n’absorbe pas beaucoup de lumière, mais qui produit néanmoins un signal suffisant pour traiter la lumière. Chaque pixel peut passer de complètement transparent à partiellement transparent puis opaque. Il ne faut qu’un petit nombre de photons pour changer radicalement la transparence. »

Une collaboration rendue possible grâce à un financement

Cette recherche a été rendue possible par le Fonds d’innovation de la Fondation Elman au CNSI. Une subvention a permis le recrutement du premier auteur de l’étude, le chercheur postdoctoral Dehui Zhang, qui a fait progresser les travaux dans le cadre des groupes de recherche d’Ozcan et de Xiangfeng Duan.

Dehui Zhang, et le projet, ont permis de relier des membres du corps professoral qui se connaissaient comme collègues depuis plus d’une décennie mais n’avaient pas encore exploré comment ils pouvaient faire équipe.

« Cette opportunité unique a conduit à une collaboration très, très passionnante », a déclaré Xiangfeng Duan. « C’est vraiment un plaisir de penser en dehors de nos zones de confort. Cela m’a montré qu’en tant que développeur de matériaux, je peux bénéficier d’aller au-delà d’une étude fondamentale ou d’une preuve de concept pour explorer des applications. »

« Nous espérons continuer sur cette voie », a-t-il ajouté. « Ce n’est que le début. Il y a certainement encore beaucoup à faire. »

Légende illustration : Ce dispositif expérimental utilise un matériau semi-conducteur 2D mis au point par Xiangfeng Duan, UCLA de chimie et de biochimie.

L’espoir d’un traitement innovant pour les troubles neurologiques

L'espoir d'un traitement innovant pour les troubles neurologiques

Des chercheurs américains ont mis au point un stimulateur cérébral implantable de la taille d’un petit pois, une avancée technologique qui pourrait révolutionner le traitement de la dépression résistante aux médicaments et d’autres troubles psychiatriques ou neurologiques.

L’innovation décrite dans l’étude offrirait une alternative thérapeutique moins invasive que les interfaces cerveau-ordinateur actuelles et plus accessible que les thérapies basées sur la neurostimulation.

Un dispositif alimenté sans fil par un transmetteur externe

Grâce à la technologie pionnière de transfert d’énergie magnétoélectrique, le dispositif développé dans le laboratoire de Jacob Robinson, en collaboration avec Motif Neurotech et les cliniciens Dr Sameer Sheth et Dr Sunil Sheth, peut être alimenté sans fil via un transmetteur externe. Il est utilisé pour stimuler le cerveau à travers la dure-mère, la membrane protectrice attachée à la base du crâne.

Joshua Woods, étudiant diplômé en génie électrique dans le laboratoire Robinson et auteur principal de l’étude publiée dans Science Advances, explique : « Nous avons éliminé le besoin d’une batterie en alimentant sans fil le dispositif à l’aide d’un transmetteur externe. »

Amanda Singer, ancienne étudiante diplômée du programme de physique appliquée du Rice University, maintenant chez Motif Neurotech, est également auteure principale.

Des ingénieurs de l’université Rice ont mis au point le premier stimulateur cérébral miniaturisé dont l’efficacité a été démontrée sur un patient humain. (Photo : Jeff Fitlow/Rice University)

Convertir les champs magnétiques en impulsions électriques

La technologie repose sur un matériau qui convertit les champs magnétiques en impulsions électriques. Ce processus de conversion est très efficace à petite échelle et présente une bonne tolérance au désalignement, ce qui signifie qu’il ne nécessite pas de manœuvres complexes ou minutieuses pour s’activer et se contrôler. Le dispositif a une largeur de 9 millimètres et peut délivrer 14,5 volts de stimulation.

« Notre implant tire toute son énergie de cet effet magnétoélectrique », a déclaré Robinson, fondateur et PDG de Motif, une startup créée via le Rice Biotech Launch Pad qui travaille à la commercialisation du dispositif. « La physique de ce transfert d’énergie rend cela beaucoup plus efficace que toute autre technologie de transfert d’énergie sans fil dans ces conditions. »

Des essais concluants chez l’homme et le porc

Les chercheurs ont testé temporairement le dispositif chez un patient humain, en l’utilisant pour stimuler le cortex moteur, la partie du cerveau responsable du mouvement, et générer une réponse de mouvement de la main. Ils ont ensuite montré que le dispositif s’interface avec le cerveau de manière stable pendant une durée de 30 jours chez le porc.

« Cela n’avait pas été fait auparavant car la qualité et la force du signal nécessaires pour stimuler le cerveau à travers la dure-mère étaient auparavant impossibles avec un transfert d’énergie sans fil pour des implants aussi petits », a déclaré Joshua Woods.

Une procédure d’implantation minimalement invasive

L’implantation nécessiterait une procédure minimalement invasive de 30 minutes qui placerait le dispositif dans l’os au-dessus du cerveau. L’implant et l’incision seraient pratiquement invisibles, et le patient rentrerait chez lui le jour même.

Sunil Sheth, professeur et vice-président de la recherche, McNair Scholar et titulaire de la chaire dotée Cullen Foundation en neurochirurgie au Collège de médecine de Baylor, compare cette procédure à la pose d’un stimulateur cardiaque, une partie très routinière des soins cardiaques. Selon lui, une procédure mineure de 30 minutes, réalisée dans un centre de chirurgie ambulatoire, serait beaucoup mieux tolérée que la stimulation cérébrale profonde, perçue comme effrayante et invasive.

Joshua Woods (de gauche à droite), Jacob Robinson et Fatima Alrashdan

Vers des essais cliniques à long terme chez l’homme

Robinson envisage que la technologie soit utilisée depuis le confort de son domicile. Un médecin prescrirait le traitement et fournirait des directives pour l’utilisation du dispositif, mais les patients conserveraient un contrôle total sur la façon dont le traitement est administré.

Motif Neurotech est en train de demander l’approbation de la FDA pour un essai clinique à long terme chez l’homme. Les patients et les soignants peuvent s’inscrire sur le site Web de Motif Neurotech pour savoir quand et où ces essais commenceront.

Article : “Miniature battery-free epidural cortical stimulators” | Science Advances | DOI: 10.1126/sciadv.adn0858. Authors: Joshua Woods, Amanda Singer, Fatima Alrashdan, Wendy Tan, Chufeng Tan, Sunil Sheth, Sameer Sheth and Jacob Robinson. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn0858

Des absorbeurs solaires efficaces même à 1000°C : le pari de chercheurs

Des absorbeurs solaires efficaces même à 1000°C : le pari de chercheurs

Les dispositifs solaires thermiques ont le potentiel de transformer la façon dont nous chauffons nos maisons et produisons de l’énergie à grande échelle. Une équipe britannique développe actuellement ces technologies innovantes grâce à une subvention de 1,1 million de livres sterling accordée par le Conseil de recherche en sciences physiques et de l’ingénieur (EPSRC).

Ce projet combine l’expertise de plusieurs universités britanniques dans les domaines de la photonique, des matériaux avancés, de l’électromagnétisme appliqué et des installations de nanofabrication de classe mondiale.

Objectif principal : développer de nouvelles surfaces absorbantes

L’objectif principal de cette recherche est de créer de nouvelles conceptions de surfaces capables d’absorber sélectivement la lumière du soleil tout en émettant efficacement de la chaleur sous forme de rayonnement proche infrarouge. Contrairement aux cellules solaires qui convertissent généralement la lumière du soleil en électricité, les dispositifs solaires thermiques utilisent la lumière du soleil pour générer de la chaleur, qui peut ensuite être utilisée pour entraîner des moteurs mécaniques ou être convertie en électricité.

Selon le professeur Marian Florescu, chercheur principal de l’Université de Surrey, ce projet ne se limite pas à l’innovation, mais répond à une nécessité mondiale. Le soleil nous inonde chaque jour d’une quantité considérable d’énergie, bien plus que ce que nous captons actuellement. En développant ces surfaces solaires absorbantes avancées, l’équipe ouvre de nouvelles voies efficaces pour exploiter cette abondante énergie solaire.

Plusieurs objectifs spécifiques

Le projet poursuit plusieurs objectifs spécifiques. Tout d’abord, il vise à développer des absorbeurs solaires capables de fonctionner efficacement même à des températures très élevées. Ensuite, l’équipe cherche à améliorer l’efficacité de ses structures spéciales d’absorption solaire et prévoit de construire des modèles prototypes pour démontrer leur performance. Enfin, les chercheurs souhaitent mieux comprendre et, à terme, améliorer la façon dont ces dispositifs gèrent et utilisent la chaleur qu’ils génèrent à partir de la lumière du soleil.

Collaboration entre plusieurs universités britanniques

Le professeur Marin Cryan, co-chercheur principal de l’Université de Bristol, souligne que son institution développe depuis plusieurs années une technologie de cellules solaires thermoïoniques. Celles-ci utilisent la lumière solaire concentrée pour chauffer des matériaux jusqu’à ce que l’émission thermoïonique d’électrons se produise, ce qui peut constituer la base de cellules solaires à haut rendement et à faible coût. Ce projet passionnant développera des absorbeurs solaires sélectifs très efficaces, qui seront un composant important de la conception globale des cellules.

De son côté, le Dr Daniel Ho, co-chercheur principal de l’Université de Northumbria, souligne que son établissement est à la pointe de la recherche sur les thermophotovoltaïques, utilisant une platine chauffante de microscope spécialisée ainsi qu’un système de spectroscopie d’imagerie de Fourier construit en interne. Cette technique avancée d’analyse thermique permet une analyse complète et résolue en angle de la diffusion à travers les spectres visible et infrarouge, même dans des conditions de vide et à des températures pouvant atteindre 1000°C.

Les partenaires de ce projet sont enthousiastes à l’idée de travailler ensemble pour réaliser des développements pionniers dans la recherche sur les énergies renouvelables. Leur objectif est de transformer la façon dont nous utilisons la lumière du soleil, en faisant de celle-ci une véritable centrale d’énergie propre et durable capable de répondre à nos besoins croissants sans nuire à la planète.

Un matériau promet une efficacité quantique de plus de 190 % dans les cellules solaires

Un matériau promet une efficacité quantique de plus de 190 % dans les cellules solaires

Des chercheurs américains ont développé un matériau qui démontre le potentiel d’augmenter considérablement l’efficacité des panneaux solaires. Ce nouveau matériau quantique vise à améliorer d’une manière significative la conversion de l’énergie solaire, jouant ainsi un rôle crucial dans la réponse aux besoins énergétiques mondiaux.

Un prototype utilisant ce matériau comme couche active dans une cellule solaire présente une absorption photovoltaïque moyenne de 80%, un taux élevé de génération de porteurs photoexcités et une efficacité quantique externe (EQE) allant jusqu’à 190%, un niveau sans précédent. Cette mesure dépasse largement la limite théorique d’efficacité de Shockley-Queisser pour les matériaux à base de silicium et propulse le domaine des matériaux quantiques pour le photovoltaïque vers de nouveaux sommets.

Chinedu Ekuma, professeur de physique, qui a publié un article sur le développement du matériau avec Srihari Kastuar, doctorant à Lehigh, dans la revue Science Advances, souligne : « Ce travail représente un bond en avant significatif dans notre compréhension et notre développement de solutions énergétiques durables, mettant en évidence des approches innovantes qui pourraient redéfinir l’efficacité et l’accessibilité de l’énergie solaire dans un avenir proche. »

Des états de bande intermédiaires distinctifs

Le bond d’efficacité du matériau est en grande partie attribuable à ses «états de bande intermédiaires» distinctifs, des niveaux d’énergie spécifiques positionnés dans la structure électronique du matériau d’une manière qui les rend idéaux pour la conversion de l’énergie solaire.

Ces états ont des niveaux d’énergie situés dans les sous-bandes interdites optimales – des plages d’énergie où le matériau peut efficacement absorber la lumière du soleil et produire des porteurs de charge – d’environ 0,78 et 1,26 électron-volts. De plus, le matériau offre des performances particulièrement élevées en termes d’absorption dans les régions infrarouge et visible du spectre électromagnétique.

Dépasser les limites traditionnelles de l’EQE

Dans les cellules solaires traditionnelles, l’EQE maximale est de 100%, représentant la génération et la collecte d’un électron pour chaque photon absorbé de la lumière du soleil. Certains matériaux et configurations avancés développés ces dernières années ont toutefois démontré la capacité de générer et de collecter plus d’un électron à partir de photons à haute énergie, représentant une EQE de plus de 100%.

Bien que ces matériaux à génération d’excitons multiples (MEG) ne soient pas encore largement commercialisés, ils ont le potentiel d’augmenter considérablement l’efficacité des systèmes d’énergie solaire. Dans le matériau développé par Lehigh, les états de bande intermédiaires permettent de capturer l’énergie des photons qui est perdue par les cellules solaires traditionnelles, notamment par réflexion et production de chaleur.

Tirer parti des lacunes de van der Waals

Les chercheurs ont développé ce nouveau matériau en tirant parti des «lacunes de van der Waals», des espaces atomiquement petits entre les matériaux bidimensionnels en couches. Ces lacunes peuvent confiner des molécules ou des ions, et les spécialistes des matériaux les utilisent couramment pour insérer, ou “intercaler”, d’autres éléments afin d’ajuster les propriétés des matériaux.

Pour développer leur nouveau matériau, les chercheurs de Lehigh ont inséré des atomes de cuivre zerovalent entre des couches d’un matériau bidimensionnel composé de séléniure de germanium (GeSe) et de sulfure d’étain (SnS).

De la modélisation informatique à la preuve de concept

Ekuma, expert en physique computationnelle de la matière condensée, a développé le prototype comme preuve de concept après une modélisation informatique approfondie du système qui a démontré un potentiel théorique prometteur.

«Sa réponse rapide et son efficacité accrue indiquent fortement le potentiel du GeSe/SnS intercalé au Cu en tant que matériau quantique pour une utilisation dans des applications photovoltaïques avancées, offrant une voie pour l’amélioration de l’efficacité dans la conversion de l’énergie solaire», a-t-il précisé. «C’est un candidat prometteur pour le développement de cellules solaires de nouvelle génération à haute efficacité, qui joueront un rôle crucial dans la réponse aux besoins énergétiques mondiaux.»

Vers une intégration future dans les systèmes d’énergie solaire

Bien que l’intégration du matériau quantique nouvellement conçu dans les systèmes d’énergie solaire actuels nécessitera des recherches et des développements supplémentaires, Chinedu Ekuma souligne que la technique expérimentale utilisée pour créer ces matériaux est déjà très avancée. Les scientifiques ont, au fil du temps, maîtrisé une méthode qui insère avec précision des atomes, des ions et des molécules dans les matériaux.

Cette avancée scientifique ouvre de nouvelles perspectives pour l’optimisation de l’efficacité des cellules solaires, contribuant ainsi à relever les défis énergétiques de notre époque. Les travaux de l’équipe de l’Université de Lehigh témoignent du potentiel des matériaux quantiques pour révolutionner le domaine du photovoltaïque et offrir des solutions durables pour un avenir énergétique plus propre.

Légende illustration : Schéma de la cellule solaire à couche mince avec CuxGeSe/SnS comme couche active. Crédit : Ekuma Lab / Lehigh University

Article : “Chemically Tuned Intermediate Band States in Atomically Thin CuxGeSe/SnS Quantum Material for Photovoltaic Applications” – DOI: 10.1126/sciadv.adl6752

Première mondiale : le magnétisme induit à température ambiante

Première mondiale : le magnétisme induit à température ambiante

Des chercheurs européens ont réussi à démontrer pour la toute première fois comment la lumière laser peut induire un comportement quantique à température ambiante et rendre magnétiques des matériaux non magnétiques. Le résultat contribuerait à concevoir des ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie, ainsi qu’à un transfert et un stockage d’informations plus efficaces.

Le potentiel de la technologie quantique est immense, mais il est aujourd’hui largement limité aux environnements extrêmement froids des laboratoires. Les chercheurs s’intéressent particulièrement aux propriétés particulières et bizarres des particules quantiques, qui s’écartent complètement des lois de la physique classique et peuvent rendre les matériaux magnétiques ou supraconducteurs.

En augmentant la compréhension de la façon exacte dont ces types d’états quantiques apparaissent et pourquoi, l’objectif est de pouvoir contrôler et manipuler les matériaux pour obtenir des propriétés quantiques.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pu induire des comportements quantiques, tels que le magnétisme et la supraconductivité, qu’à des températures extrêmement basses. Par conséquent, le potentiel de la recherche quantique est encore limité aux environnements de laboratoire.

Une 1ère dans l’induction du magnétisme à température ambiante

L’équipe de recherche est la première au monde à démontrer expérimentalement comment la lumière laser peut induire le magnétisme dans un matériau non magnétique à température ambiante. Dans l’étude, publiée dans Nature, les chercheurs ont soumis le matériau quantique titanate de strontium à des faisceaux laser courts mais intenses d’une longueur d’onde et d’une polarisation particulières, afin d’induire le magnétisme.

Stefano Bonetti, responsable de la recherche à l’Université de Stockholm et à l’Université Ca’ Foscari de Venise, explique : « L’innovation de cette méthode réside dans le concept de laisser la lumière déplacer les atomes et les électrons de ce matériau dans un mouvement circulaire, afin de générer des courants qui le rendent aussi magnétique qu’un aimant de réfrigérateur. Nous avons pu le faire en développant une nouvelle source de lumière dans l’infrarouge lointain avec une polarisation en forme de “tire-bouchon. C’est la première fois que nous pouvons induire et voir clairement comment le matériau devient magnétique à température ambiante dans une expérience. De plus, notre approche permet de fabriquer des matériaux magnétiques à partir de nombreux isolants, alors que les aimants sont généralement fabriqués à partir de métaux. À long terme, cela ouvre la voie à des applications totalement nouvelles dans la société. »

Des applications pour les technologies de l’information

La méthode est basée sur la théorie de la «multiferroïcité dynamique», qui prédit que lorsque les atomes de titane sont “remués” avec une lumière polarisée circulairement dans un oxyde à base de titane et de strontium, un champ magnétique se forme. Mais ce n’est que maintenant que la théorie peut être confirmée en pratique. Cette percée devrait avoir de larges applications dans plusieurs technologies de l’information.

Alexander Balatsky, professeur de physique à NORDITA, déclare : « Cela ouvre la voie à des commutateurs magnétiques ultra-rapides qui peuvent être utilisés pour un transfert d’informations plus rapide et un stockage de données considérablement meilleur, ainsi que pour des ordinateurs significativement plus rapides et plus économes en énergie. »

En fait, les résultats de l’équipe ont déjà été reproduits dans plusieurs autres laboratoires, et une publication dans le même numéro de Nature démontre que cette approche peut être utilisée pour écrire, et donc stocker, des informations magnétiques.

Légende illustration : Stefano Bonetti dans son laboratoire à l’université de Stockholm. Photo : Fondation Knut et Alice Wallenbergs/Magnus Bergström

Article : “Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3” – DOI: 10.1038/s41586-024-07175-9

Batteries sodium : un processus 10 fois plus efficace

Batteries sodium : un processus 10 fois plus efficace

La transition vers des sources d’énergie plus respectueuses de l’environnement nécessite également des batteries rechargeables efficaces pour stocker cette énergie. Bien que les batteries lithium-ion soient actuellement les plus largement utilisées, les batteries sodium tout solide suscitent un intérêt croissant, car le sodium est beaucoup plus abondant que le lithium. Cette caractéristique devrait rendre les batteries sodium moins coûteuses, et les batteries tout solide sont considérées comme plus sûres. Cependant, des problèmes de traitement ont rendu la production de masse difficile jusqu’à présent.

Le professeur associé Atsushi Sakuda et le professeur Akitoshi Hayashi, tous deux de la Graduate School of Engineering de l’Université métropolitaine d’Osaka, ont dirigé une équipe de recherche dans le développement d’un processus pouvant conduire à la synthèse de masse de sulfures contenant du sodium.

En utilisant des polysulfures de sodium (sulfures avec deux atomes de soufre ou plus) à la fois comme matériau et comme flux, qui favorise la fusion, l’équipe a créé un électrolyte solide à base de sulfure présentant la conductivité ionique de sodium la plus élevée rapportée au monde – environ 10 fois supérieure à celle requise pour une utilisation pratique – et un électrolyte vitreux à haute résistance à la réduction.

La synthèse de masse de tels électrolytes présentant une conductivité et une formabilité élevées est essentielle pour l’utilisation pratique des batteries sodium tout solide.

Selon le professeur Sakuda, «Ce processus nouvellement développé est utile pour la production de presque tous les matériaux à base de sulfure de sodium, y compris les électrolytes solides et les matériaux actifs d’électrode. De plus, par rapport aux méthodes conventionnelles, ce processus facilite l’obtention de matériaux affichant des performances supérieures, nous pensons donc qu’il deviendra un processus de référence pour le développement futur de matériaux pour les batteries sodium tout solide.»

Article : “Utilizing reactive polysulfides flux Na2Sx for the synthesis of sulfide solid electrolytes for all-solid-state sodium batteries” – DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103307

Légende illustration : L’électrolyte sulfuré solide synthétisé Na2.88Sb0.88W0.12S4 présente la conductivité de l’ion sodium la plus élevée au monde. Crédit : Atsushi Sakuda, Osaka Metropolitan University

Filtration : les vides nanométriques, un atout insoupçonné

Filtration : les vides nanométriques, un atout insoupçonné

Les vides, ou espaces vides, existent au sein de la matière à toutes les échelles, de l’astronomique au microscopique. Une nouvelle étude menée par des chercheurs a permis de dévoiler en trois dimensions les vides à l’échelle nanométrique grâce à l’utilisation de microscopes haute puissance et de théories mathématiques. Cette avancée est sur le point d’améliorer les performances de nombreux matériaux utilisés dans les domaines domestique, chimique, énergétique et médical, en particulier dans le domaine de la filtration.

Des vides nanométriques au cœur des membranes de filtration

L’agrandissement des filtres couramment utilisés à domicile montre que, bien qu’ils ressemblent à un matériau solide avec des trous uniformes, ils sont en réalité composés de millions de minuscules vides orientés de manière aléatoire qui permettent aux petites particules de passer à travers. Dans certaines applications industrielles, comme la filtration de l’eau et des solvants, des membranes fines comme du papier constituent les barrières qui séparent les fluides et les particules.

Falon Kalutantirige, étudiant diplômé de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, explique : « La communauté des sciences des matériaux est consciente depuis un certain temps de l’existence de ces vides nanométriques orientés de manière aléatoire au sein des membranes filtrantes. Le problème était que la structure complexe de la membrane dans son ensemble – qui ressemble à des chaînes de montagnes nanométriques lorsqu’elle est agrandie – bloquait notre vue des espaces vides. Comme nous ne pouvions pas les voir, nous ne pouvions pas comprendre pleinement comment ils affectaient les propriétés de filtration. Nous savions que si nous pouvions trouver un moyen de les voir, nous pourrions alors comprendre comment ils fonctionnent et, en fin de compte, améliorer les performances des membranes filtrantes. »

Une approche combinant science des matériaux et théorie des graphes

L’étude, dirigée par le professeur Qian Chen de l’Université de l’Illinois et le professeur Ying Li de l’Université du Wisconsin-Madison, est la première à intégrer la science des matériaux et un concept mathématique appelé théorie des graphes pour aider à imager et à cartographier la disposition aléatoire de ces vides au sein des matériaux de filtration. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Cette image, intitulée “Au-delà du néant”, a été produite à l’aide de la modélisation informatique et représente une surface fortement agrandie d’une membrane de filtration d’eau comme un paysage montagneux, avec des points de données informatiques comme l’univers sombre et étoilé à l’arrière-plan. Crédit : Falon Kalutantirige

S’appuyant sur une étude précédente qui utilisait des modèles de laboratoire, les chercheurs ont déclaré que la nouvelle étude se concentre sur des membranes beaucoup plus complexes utilisées dans des applications industrielles.

« Les surfaces des membranes que nous avons étudiées dans ce travail semblent plates à l’œil nu, mais lorsque nous avons zoomé à l’aide de la microscopie électronique à transmission, de la tomographie électronique et de la microscopie à force atomique, nous avons pu observer ces vides nichés dans ces paysages montagneux nanométriques que nous appelons des froissements », a indiqué Kalutantirige, premier auteur de l’étude.

La théorie des graphes pour décrire des structures irrégulières

Cependant, l’équipe avait besoin d’un moyen de mesurer et de cartographier ces caractéristiques pour construire un modèle prédictif quantitatif et obtenir une image plus globale des surfaces des membranes.

Qian Chen explique : « La cartographie et la mesure seules fonctionneront pour les matériaux ayant une structure régulière ou périodique, ce qui rend mathématiquement simple la mise à l’échelle de nos modèles et la prédiction de l’influence des propriétés structurelles sur les performances du matériau. Mais l’irrégularité que nous avons observée dans notre étude nous a poussés à utiliser la théorie des graphes, qui nous donne un moyen mathématique de décrire ce matériau hétérogène et désordonné – mais pratique. »

Falon Kalutantirige, étudiant diplômé en chimie, a travaillé avec plusieurs technologies pour cette étude, notamment la microscopie électronique à transmission. Crédit : Fred Zwicky

Des vides cruciaux pour les performances de filtration

La théorie des graphes a permis à l’équipe d’obtenir enfin une compréhension plus globale de la structure des membranes filtrantes, ce qui les a amenés à découvrir une forte corrélation entre les propriétés physiques et mécaniques uniques de l’espace vide aléatoire et l’amélioration des performances de filtration.

« Notre méthode est une technique très universelle pour décrire les matériaux », a déclaré Falon Kalutantirige. « De nombreuses choses que nous utilisons dans la vie quotidienne et dans la science ne sont pas faites de matériaux composés de structures uniformes répétitives. Donc, la beauté de la méthode, je pense, est que nous pouvons capturer la “régularité” des structures irrégulières. »

L’équipe a déclaré que cette avancée améliorera l’efficacité de nombreux matériaux poreux de nouvelle génération, tels que les polymères utilisés dans l’administration de médicaments.

« Le titre de cette étude fait allusion au concept d’ “au-delà du néant”, et par là, nous voulons dire que ces espaces vides et vides sont vraiment importants lorsqu’il s’agit de développer les meilleures membranes de filtration. Ce travail n’est possible qu’avec notre merveilleuse équipe de collaborateurs. Xiao Su nous a aidés pour les tests de performance des membranes. Emad Tajkhorshid, Charles Schroeder et Jeffrey Moore ont travaillé avec nous sur la synthèse et l’analyse des systèmes polymères. » conclut Qian Chen.

Légende illustration : Une nouvelle étude réalisée par Qian Chen, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’Illinois (à droite), et Falon Kalutantirige, étudiant diplômé en chimie, souligne l’importance de l’espace vide à l’échelle nanométrique dans les matériaux de tous les jours. L’image en arrière-plan, intitulée “Au-delà du néant”, a été produite à l’aide de la modélisation informatique et représente une surface agrandie d’une membrane de filtration d’eau comme un paysage montagneux, avec des points de données informatiques comme l’univers sombre et étoilé en arrière-plan. Crédit : Fred Zwicky

Imprimer l’inconnu : quand l’IA déchiffre les matériaux durables

Imprimer l'inconnu : quand l'IA déchiffre les matériaux durables

L’impression 3D a connu un essor considérable ces dernières années, mais les matériaux plastiques utilisés par ces imprimantes pour créer des objets restent difficilement recyclables. Bien que de nouveaux matériaux durables émergent pour une utilisation en impression 3D, leur adoption demeure complexe en raison de la nécessité d’ajuster manuellement les paramètres des imprimantes 3D pour chaque matériau.

Pour imprimer un nouveau matériau à partir de zéro, il faut généralement définir jusqu’à 100 paramètres dans le logiciel qui contrôle la façon dont l’imprimante extrudera le matériau lors de la fabrication d’un objet. Les matériaux couramment utilisés, comme les polymères produits en masse, disposent de jeux de paramètres établis, perfectionnés grâce à des processus fastidieux d’essais et d’erreurs.

Cependant, les propriétés des matériaux renouvelables et recyclables peuvent varier considérablement en fonction de leur composition, rendant presque impossible la création de jeux de paramètres fixes. Dans ce cas, les utilisateurs doivent définir tous ces paramètres manuellement.

Une solution innovante pour automatiser le processus

Des chercheurs se sont attaqués à ce problème en développant une imprimante 3D capable d’identifier automatiquement les paramètres d’un matériau inconnu. Une équipe collaborative du Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT, du National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis et du Centre national de la recherche scientifique en Grèce (Demokritos) a modifié l’extrudeuse, le «cœur» d’une imprimante 3D, afin qu’elle puisse mesurer les forces et le flux d’un matériau.

Ces données, recueillies lors d’un test de 20 minutes, sont intégrées dans une fonction mathématique utilisée pour générer automatiquement les paramètres d’impression. Ces paramètres peuvent être saisis dans un logiciel d’impression 3D standard et utilisés pour imprimer avec un matériau encore jamais vu.

Des résultats prometteurs pour une impression 3D plus durable

Les paramètres générés automatiquement peuvent remplacer environ la moitié des paramètres qui doivent généralement être ajustés manuellement. Lors d’une série d’impressions tests avec des matériaux uniques, notamment plusieurs matériaux renouvelables, les chercheurs ont démontré que leur méthode peut produire de manière constante des paramètres viables.

Selon Neil Gershenfeld, auteur principal de l’étude et directeur du CBA, « cette recherche pourrait contribuer à réduire l’impact environnemental de la fabrication additive, qui repose généralement sur des polymères non recyclables et des résines dérivées des combustibles fossiles ».

Jake Read, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé du CBA, souligne l’importance de cette avancée : « Dans cet article, nous démontrons une méthode capable de prendre tous ces matériaux intéressants à base biologique et provenant de diverses sources durables, et de montrer que l’imprimante peut déterminer par elle-même comment imprimer ces matériaux. L’objectif est de rendre l’impression 3D plus durable ».

Vers une métrologie computationnelle pour l’industrie manufacturière

Cette collaboration développe désormais plus largement la métrologie computationnelle, dans laquelle le résultat d’une mesure est un modèle prédictif plutôt qu’un simple paramètre. Les chercheurs appliqueront cette approche à d’autres domaines de la fabrication avancée, ainsi qu’à l’élargissement de l’accès à la métrologie.

Comme le souligne Alysia Garmulewicz, professeure associée à la Faculté d’administration et d’économie de l’Université de Santiago au Chili, qui n’a pas participé à ces travaux, « en développant une nouvelle méthode pour la génération automatique de paramètres de processus pour la fabrication par dépôt de filament fondu, cette étude ouvre la voie à l’utilisation de filaments recyclés et biosourcés aux comportements variables et inconnus. Il est important de noter que cela renforce le potentiel de la technologie de fabrication numérique à utiliser des matériaux durables d’origine locale ».

Légende illustration : Des chercheurs ont mis au point une imprimante 3D capable d’identifier automatiquement les paramètres d’un matériau inconnu. (Image : avec l’aimable autorisation des chercheurs)

Article adapté du contenu de l’auteur : Adam Zewe, MIT

Des ingénieurs US conçoivent un réseau de distribution d’énergie solaire plus performant

Des ingénieurs US conçoivent un réseau de distribution d'énergie solaire plus performant

L’intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique représente un défi majeur pour les opérateurs de réseau et les fournisseurs d’électricité. Avec l’essor des parcs éoliens et des installations solaires, il devient crucial de développer des outils permettant de gérer efficacement ces sources d’énergie intermittentes.

Le projet MODERNISE, mené par une équipe de chercheurs de l’Iowa State University, vise à relever ce défi en proposant des solutions innovantes.

Le projet MODERNISE, acronyme de «Modernizing Operation and Decision-Making Tools Enabling Resource Management in Stochastic Environment», a été sélectionné par le Département de l’Énergie américain pour recevoir une subvention de 3 millions de dollars sur trois ans. Ce financement, complété par une contribution supplémentaire de 1,1 million de dollars des collaborateurs du projet, témoigne de l’importance accordée à cette problématique.

Zhaoyu Wang, professeur associé en génie électrique et informatique à l’Iowa State University et affilié au Centre de recherche sur l’énergie électrique de l’université, dirige ce projet ambitieux. Il souligne la difficulté de contrôler l’ensoleillement et la vitesse du vent, contrairement aux centrales électriques traditionnelles dont la production peut être ajustée en fonction de la demande.

Des collaborations institutionnelles de premier plan

Le projet MODERNISE bénéficie de la collaboration de plusieurs institutions de renom, notamment le Argonne National Laboratory, le National Renewable Energy Laboratory, PJM Interconnection, AES Indiana et AES Ohio, Siemens Corp. et Hitachi America Ltd. ISO New England et la Tennessee Valley Authority apportent également leur expertise en tant que conseillers du projet.

Cette collaboration multidisciplinaire permettra de développer des algorithmes de calcul avancés pour agréger les sources d’énergie renouvelables, des panneaux solaires sur les toits aux grands parcs solaires, afin d’optimiser le fonctionnement du réseau électrique.

Vers un réseau électrique intelligent et flexible

L’agrégation des ressources renouvelables permettra aux opérateurs de réseau de mieux comprendre et gérer les incertitudes liées à l’approvisionnement en énergie. En combinant ces sources d’énergie intermittentes, il sera possible de lisser les fluctuations et d’améliorer la prévisibilité de la production.

Les chercheurs développeront également des algorithmes pour aider les opérateurs de systèmes électriques à intégrer efficacement l’approvisionnement en énergie renouvelable agrégée. Ces outils contribueront à rendre le fonctionnement du réseau plus fiable et efficace.

À terme, le projet MODERNISE vise à créer un réseau électrique moderne, intelligent et suffisamment flexible pour exploiter l’électricité renouvelable provenant de sources diverses et la distribuer aux clients où et quand ils en ont besoin.

Légende illustration : Les ingénieurs de l’État de l’Iowa s’efforcent d’améliorer l’intégration des centrales d’énergie renouvelable dans le réseau électrique, comme la ferme solaire Alliant Energy de l’université de l’État de l’Iowa. Photo de Christopher Gannon/Université d’État de l’Iowa.

L’hydrogène, futur de nos réservoirs de pétrole ? Sandia mène l’enquête

L'hydrogène, futur de nos réservoirs de pétrole ? Sandia mène l'enquête

Les réservoirs de grès poreux, autrefois remplis de pétrole et de gaz naturel, pourraient bientôt devenir des sites de stockage pour un combustible sans carbone : l’hydrogène. Les scientifiques de Sandia National Laboratories étudient actuellement la faisabilité de cette solution innovante, qui pourrait contribuer à la transition vers une économie plus durable.

L’hydrogène présente de nombreux avantages en tant que combustible propre. Il peut être produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’énergie solaire ou éolienne, et être utilisé pour générer de l’électricité, alimenter l’industrie lourde et les véhicules à pile à combustible. De plus, l’hydrogène peut être stocké pendant plusieurs mois et utilisé lorsque les besoins énergétiques dépassent l’offre des sources d’énergie renouvelables.

Cependant, l’hydrogène est moins dense énergétiquement que les combustibles fossiles et plus difficile à comprimer. Selon Tuan Ho, ingénieur chimiste à Sandia, le stockage de grandes quantités d’hydrogène dans des réservoirs métalliques en surface n’est pas envisageable.

Réservoirs d’hydrocarbures épuisés, solution de stockage souterrain

Si l’hydrogène peut être stocké dans des cavernes de sel, ces formations géologiques ne sont pas répandues aux États-Unis. L’équipe de Tuan Ho étudie donc la possibilité de stocker l’hydrogène dans des réservoirs de pétrole et de gaz épuisés, en analysant les risques de fuite, de piégeage dans la roche ou de contamination.

Les chercheurs ont constaté que l’hydrogène ne reste pas piégé dans le grès après son injection, mais qu’une petite partie (jusqu’à 10 %) peut rester adsorbée dans les échantillons de schiste. Les simulations informatiques de Tuan Ho ont confirmé ces résultats expérimentaux.

Interactions entre l’hydrogène et les minéraux argileux

En étudiant plus précisément les interactions moléculaires entre les couches d’argile de type montmorillonite, l’eau et l’hydrogène, Tuan Ho a montré que l’hydrogène ne s’insère pas préférentiellement dans les espaces interfoliaires hydratés de ce type d’argile. Les pertes d’hydrogène par piégeage ou migration dans l’argile seraient donc minimes, ce qui est encourageant pour le stockage souterrain.

Risques de contamination par les hydrocarbures résiduels

Les expériences et simulations ont révélé que du gaz naturel résiduel peut être libéré de la roche lors de l’injection d’hydrogène dans un réservoir de gaz naturel épuisé. Ainsi, l’hydrogène extrait contiendra une petite quantité de gaz naturel, générant du CO2 lors de sa combustion. L’équipe étudie actuellement les effets de l’hydrogène sur un réservoir de pétrole épuisé et les interactions potentielles avec les hydrocarbures résiduels.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les interactions entre l’hydrogène stocké, les microorganismes et les autres composés chimiques présents dans les réservoirs de pétrole épuisés. Selon Don Conley, responsable du projet SHASTA à Sandia, ces travaux contribueront à guider les essais de stockage souterrain d’hydrogène à grande échelle, essentiels pour démontrer la faisabilité de cette solution et décarboner le secteur énergétique.

Légende illustration : Un ingénieur en géosciences travaille sur un système d’adsorption de gaz sous une hotte dans le cadre d’un projet visant à déterminer si les réservoirs de pétrole épuisés peuvent être utilisés pour stocker de l’hydrogène sans carbone. (Photo : Craig Fritz)

Article : “Nuclear magnetic resonance and molecular simulation study of H2 and CH4 adsorption onto shale and sandstone for hydrogen geological storage” – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.11.011

Les montres connectées bientôt capables de mesurer les calories brûlées

Les montres connectées bientôt capables de mesurer les calories brûlées

La mesure précise des calories brûlées lors d’une activité physique est un défi de taille pour les appareils portables tels que les smartphones et les montres connectées. Des chercheurs de l’Université Carnegie Mellon et de l’Institut Indien de Technologie de Gandhinagar ont développé une solution innovante pour améliorer significativement la précision de ces estimations.

Les chercheurs ont découvert que l’intégration d’une caméra thermique abordable aux appareils portables pourrait réduire les inexactitudes dans les estimations de dépense énergétique de près de 40% avec une montre connectée actuelle à un peu moins de 6%. Selon Mayank Goel, professeur à l’Université Carnegie Mellon, la caméra thermique permet de surveiller le rythme respiratoire et la température corporelle de l’utilisateur, deux paramètres essentiels pour une estimation précise des calories brûlées.

Toutefois, les chercheurs ont constaté que les fréquences respiratoire et cardiaque ne suffisent pas à elles seules, car elles ne prennent pas en compte les différences physiques et contextuelles individuelles. La solution idéale pour mesurer avec précision la dépense énergétique est un calorimètre, qui utilise la fréquence cardiaque, la respiration et la concentration de dioxyde de carbone dans l’air expiré. Bien qu’aucune solution n’existe actuellement pour mesurer les concentrations de CO2 avec un appareil portable, la caméra thermique pourrait mesurer la température corporelle.

JoulesEye : un système basé sur l’apprentissage automatique

En combinant ces trois points de données avec l’aide de l’apprentissage automatique, les chercheurs ont développé un système appelé JoulesEye pour estimer la dépense énergétique. Lors de tests menés auprès de 54 participants qui ont fait du vélo ou couru pendant 15 minutes, JoulesEye a pu estimer les calories brûlées avec un taux d’erreur de seulement 5,8% par rapport à un calorimètre clinique.

En plus d’aider les passionnés de fitness, JoulesEye pourrait être utilisé dans l’entraînement sportif, ainsi que pour surveiller les personnes atteintes de diabète chronique ou de maladies cardiovasculaires.*

Vers une intégration abordable et respectueuse de la vie privée

L’intégration d’une caméra thermique basse résolution dans les appareils portables devrait être réalisable, car ces caméras sont déjà disponibles pour 45 dollars ou moins. Cependant, l’équipe travaille sur l’incorporation d’une caméra thermique de résolution encore plus faible dans le système, ce qui pourrait réduire le prix du capteur et atténuer les préoccupations en matière de confidentialité liées à une caméra pointée en permanence vers le visage de l’utilisateur.

Les chercheurs espèrent également réduire le temps pendant lequel la caméra thermique doit être dirigée vers le visage de l’utilisateur, qui est actuellement d’environ 40 secondes pour effectuer les mesures nécessaires. Leur objectif est que le temps nécessaire pour consulter sa montre soit suffisant pour obtenir les informations dont ils ont besoin.

L’importance d’estimations précises pour un mode de vie sain

Mayank Goel souligne l’importance d’avoir des estimations précises des calories brûlées, car des chiffres erronés peuvent conduire les utilisateurs à modifier leur comportement de manière problématique. Par exemple, si une personne pense avoir brûlé 400 calories sur un tapis de course alors qu’en réalité, elle n’en a dépensé que 200, elle pourrait manger plus de calories tout au long de la journée, ce qui constitue un problème majeur.

La surveillance de la respiration est un intérêt de longue date pour Goel et son laboratoire Smart Sensing for Humans (SMASH), qui développe des technologies pour des applications telles que la détection de la santé et la reconnaissance d’activité. Grâce à cette nouvelle avancée, les appareils portables pourraient bientôt offrir des estimations de dépense énergétique beaucoup plus précises, contribuant ainsi à promouvoir un mode de vie sain et actif.

* Un rapport sur JoulesEye, co-écrit par Goel, Adhikary, Sadeh et Nipun Batra, professeur assistant en informatique à l’IIT Gandhinagar, a été publié dans les Proceedings of the ACM Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies et sera présenté en octobre à la conférence UbiComp 2024 à Melbourne, en Australie.

Légende illustration : De nouveaux travaux menés par des chercheurs de la CMU et de l’Indian Institute of Technology (IIT) Gandhinagar montrent que l’ajout d’une caméra thermique peu coûteuse à des dispositifs portables pourrait améliorer considérablement la précision de l’estimation des calories brûlées.

Première visualisation d’un état quantique à résolution atomique

Première visualisation d'un état quantique à résolution atomique

Les chercheurs ont réussi à capturer pour la première fois des images à résolution atomique d’un état d’interface chiral, un phénomène quantique exotique qui pourrait aider à faire progresser l’informatique quantique et l’électronique à faible consommation d’énergie.

Une équipe de recherche internationale dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a réussi à capturer les premières images à résolution atomique d’un état d’interface chiral. Cet exploit a été rendu possible grâce à l’utilisation d’un microscope à effet tunnel (STM) qui a permis aux chercheurs de détecter différents états électroniques dans l’échantillon et de visualiser la fonction d’onde de l’état d’interface chiral.

L’état d’interface chiral est un canal conducteur qui permet aux électrons de se déplacer dans une seule direction, les empêchant d’être dispersés vers l’arrière et de provoquer une résistance électrique qui gaspille de l’énergie. Les chercheurs s’efforcent de mieux comprendre les propriétés des états d’interface chiraux dans les matériaux réels, mais la visualisation de leurs caractéristiques spatiales s’est avérée exceptionnellement difficile jusqu’à présent.

Création et contrôle à la demande d’états d’interface chiraux

En plus de visualiser directement un état d’interface chiral, les chercheurs ont également démontré la création à la demande de ces canaux conducteurs sans résistance dans un isolant 2D. Ils ont montré qu’un état d’interface chiral peut être déplacé à travers l’échantillon en modulant la tension sur une électrode de grille placée sous les couches de graphène.

Dans une démonstration finale de contrôle, les chercheurs ont montré qu’une impulsion de tension provenant de la pointe d’une sonde STM peut «écrire» un état d’interface chiral dans l’échantillon, l’effacer et même en réécrire un nouveau dans lequel les électrons circulent dans la direction opposée.

Des images de microscopie à effet tunnel montrent une fonction d’onde d’état d’interface chirale (bande lumineuse) dans un isolant QAH fabriqué à partir de graphène monocouche-bicouche torsadé dans un dispositif 2D. L’interface peut être déplacée à travers l’échantillon en modulant la tension sur une électrode de grille placée sous les couches de graphène. Credit Canxun Zhang/Berkeley Lab

Perspectives d’applications futures

Ces résultats pourraient aider les chercheurs à construire des réseaux ajustables de canaux d’électrons prometteurs pour la microélectronique à faible consommation d’énergie et les dispositifs de mémoire magnétique à faible puissance à l’avenir, ainsi que pour l’informatique quantique exploitant les comportements exotiques des électrons dans les isolants QAH.

Les chercheurs ont l’intention d’utiliser leur technique pour étudier une physique plus exotique dans des matériaux apparentés, comme les anyons, un nouveau type de quasi-particule qui pourrait ouvrir une voie vers l’informatique quantique. Comme le souligne Canxun Zhang, premier auteur de l’étude, « nos résultats fournissent des informations qui n’étaient pas possibles auparavant. Il y a encore un long chemin à parcourir, mais c’est un bon premier pas ».

Légende illustration : Image de microscopie à effet tunnel d’une fonction d’onde d’état d’interface chirale (bande lumineuse) dans un isolant Hall quantique anormal fabriqué à partir de graphène monocouche-bicouche torsadé. Crédit : Canxun Zhang/Berkeley Lab

Article : “Manipulation of chiral interface states in a moiré quantum anomalous Hall insulator” – DOI: 10.1038/s41567-024-02444-w