Auteur - Rédaction

Quand les atomes imitent les oiseaux : une découverte surprenante

il y a 9 heures
Quantique, Techno
18 Vus
Quand les atomes imitent les oiseaux : une découverte surprenante

Des chercheurs japonais ont démontré que le ferromagnétisme, un état ordonné des atomes, peut être induit en augmentant la motilité des particules et que les forces répulsives entre les atomes sont suffisantes pour le maintenir. Cette découverte étend non seulement le concept de matière active aux systèmes quantiques, mais contribue également au développement de nouvelles technologies qui reposent sur les propriétés magnétiques des particules, telles que la mémoire magnétique et l’informatique quantique.

Des exemples de matière active à différentes échelles

Les oiseaux qui volent en groupe, les bactéries qui essaiment, les flux cellulaires sont tous des exemples de matière active, un état dans lequel des agents individuels, tels que des oiseaux, des bactéries ou des cellules, s’auto-organisent. Les agents passent d’un état désordonné à un état ordonné dans ce que l’on appelle une «transition de phase». En conséquence, ils se déplacent ensemble de manière organisée sans contrôleur externe.

Selon Kazuaki Takasan de l’Université de Tokyo, premier auteur de l’étude, des recherches antérieures ont montré que le concept de matière active peut s’appliquer à une large gamme d’échelles, des nanomètres (biomolécules) aux mètres (animaux). Cependant, on ne savait pas si la physique de la matière active pouvait être appliquée de manière utile dans le régime quantique. Les chercheurs ont voulu combler cette lacune.

Un modèle théorique inspiré du comportement des oiseaux

Pour combler cette lacune, les chercheurs devaient démontrer un mécanisme possible qui pourrait induire et maintenir un état ordonné dans un système quantique. Il s’agissait d’un travail collaboratif entre la physique et la biophysique. Les chercheurs se sont inspirés des phénomènes d’oiseaux qui volent en groupe, car, en raison de l’activité de chaque agent, l’état ordonné est plus facilement atteint que dans d’autres types de matière active.

Ils ont créé un modèle théorique dans lequel les atomes imitaient essentiellement le comportement des oiseaux. Dans ce modèle, lorsqu’ils ont augmenté la motilité des atomes, les forces répulsives entre les atomes les ont réarrangés dans un état ordonné appelé ferromagnétisme. Dans l’état ferromagnétique, les spins, le moment angulaire des particules subatomiques et des noyaux, s’alignent dans une direction, tout comme les oiseaux qui volent en groupe font face à la même direction pendant leur vol.

Une découverte surprenante et validée par plusieurs approches

Kazuaki Takasan a été surpris de constater que l’ordre pouvait apparaître sans interactions élaborées entre les agents dans le modèle quantique, ce qui était différent de ce qui était attendu sur la base des modèles biophysiques.

Les chercheurs ont adopté une approche à multiples facettes pour s’assurer que leur découverte n’était pas un hasard. Heureusement, les résultats des simulations informatiques, de la théorie du champ moyen, une théorie statistique des particules, et des preuves mathématiques basées sur l’algèbre linéaire étaient tous cohérents. Cela a renforcé la fiabilité de leur découverte, première étape d’une nouvelle ligne de recherche.

Perspectives futures pour la matière active quantique

Comme le souligne Kazuaki Takasan, l’extension de la matière active au monde quantique n’a commencé que récemment et de nombreux aspects restent encore ouverts. Les chercheurs souhaitent développer davantage la théorie de la matière active quantique et révéler ses propriétés universelles.

Cette étude, publiée dans la revue Physical Review Research, ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension et l’exploitation des propriétés magnétiques des particules à l’échelle quantique, avec des applications potentielles dans des domaines tels que la mémoire magnétique et l’informatique quantique.

Article : “Activity-induced ferromagnetism in one-dimensional quantum many-body systems” – DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.023096

Légende illustration : Image schématique du ferromagnétisme induit par l’activité dans la matière active quantique. Ici, des atomes mobiles avec des spins présentent l’ordre ferromagnétique (c’est-à-dire qu’ils s’alignent dans une direction) comme une volée d’oiseaux décrite ci-dessus. Crédit : Takasan et al 2024

Des scientifiques captent les rayons X d’un éclair positif ascendant

il y a 10 heures
Recherche, Techno
27 Vus
Des scientifiques captent les rayons X d'un éclair positif ascendant

Les chercheurs de l’EPFL ont réussi, pour la première fois, à mesurer directement un phénomène insaisissable qui explique en grande partie la naissance d’un éclair : le rayonnement X. Cette découverte offre des informations précieuses sur la formation de la foudre, en particulier sur les éclairs ascendants, et pourrait contribuer à réduire les risques liés à ce phénomène naturel dévastateur.

La foudre, un phénomène dévastateur

À l’échelle mondiale, la foudre est responsable de plus de 4 000 décès et de milliards de dollars de dégâts chaque année. La Suisse, à elle seule, subit jusqu’à 150 000 impacts de foudre par an. Comprendre exactement comment la foudre se forme est essentiel pour réduire les risques, mais en raison de la rapidité des phénomènes liés à la foudre, qui se produisent en quelques millisecondes, il est extrêmement difficile d’obtenir des mesures directes.

Les chercheurs du Laboratoire de compatibilité électromagnétique de l’EPFL, dirigé par Farhad Rachidi, ont enregistré des impacts de foudre sur la tour Säntis, dans le nord-est de la Suisse, identifiant les rayons X associés au début des éclairs ascendants positifs. Ces éclairs commencent par des filaments chargés négativement (leaders) qui montent par étapes depuis un objet situé en altitude, avant de se connecter à un nuage orageux, transférant une charge positive au sol.

Les éclairs ascendants, potentiellement plus dévastateurs

Toma Oregel-Chaumont, doctorant au Laboratoire de compatibilité électromagnétique, explique : « Au niveau de la mer, les éclairs ascendants sont rares, mais ils pourraient devenir le type dominant à haute altitude. Ils ont également le potentiel d’être plus dévastateurs, car lors d’un éclair ascendant, la foudre reste en contact avec une structure plus longtemps que lors d’un éclair descendant, lui laissant plus de temps pour transférer la charge électrique. »

Bien que des émissions de rayons X aient déjà été observées pour d’autres types de foudre, c’est la première fois qu’elles sont capturées à partir d’éclairs ascendants positifs. Oregel-Chaumont, premier auteur d’un récent article paru dans Nature Scientific Reports décrivant ces observations, affirme qu’elles offrent des informations précieuses sur la formation de la foudre, et en particulier de la foudre ascendante.

Image d’un éclair positif vers le haut prise par une caméra à grande vitesse © EMC EPFL CC BY SA

La tour Säntis, un site d’observation unique

Il n’est peut-être pas surprenant que ces nouvelles observations aient été réalisées en Suisse, car la tour Säntis offre des conditions de mesure uniques et idéales. La tour de 124 mètres est perchée au sommet d’un haut sommet des Alpes d’Appenzell, ce qui en fait une cible privilégiée pour la foudre. Il y a une ligne de vue dégagée depuis les pics voisins, et le vaste centre de recherche est équipé de caméras ultra-rapides, de détecteurs de rayons X, de capteurs de champ électrique et de dispositifs de mesure du courant.

La vitesse et la sensibilité de cet équipement ont permis à l’équipe de voir une différence entre les étapes des leaders négatifs qui émettaient des rayons X et celles qui n’en émettaient pas, soutenant une théorie de la formation de la foudre connue sous le nom de modèle d’électrons froids en fuite. En résumé, l’association des rayons X à des changements très rapides du champ électrique de l’air a conforté la théorie selon laquelle des augmentations soudaines du champ électrique de l’air provoquent la «fuite» des électrons ambiants et leur transformation en plasma : la foudre.

Implications pour la sécurité des structures en altitude

Oregel-Chaumont souligne l’importance de ces informations non seulement d’un point de vue théorique, mais aussi d’un point de vue pratique : « De plus en plus de structures en altitude, comme les éoliennes et les avions, sont construites en matériaux composites. Ces derniers sont moins conducteurs que les métaux comme l’aluminium, ils chauffent donc davantage, ce qui les rend vulnérables aux dégâts causés par la foudre ascendante. »

Les observations à Säntis, qui reçoit plus de 100 impacts de foudre chaque année, se poursuivent. Les scientifiques prévoient d’ajouter un capteur de micro-ondes à l’arsenal d’équipements de la tour, ce qui pourrait aider à déterminer si le modèle d’électrons froids en fuite s’applique également à la foudre descendante, car contrairement aux rayons X, les micro-ondes peuvent être mesurées à partir des nuages.

Références

Oregel-Chaumont, T., Šunjerga, A., Hettiarachchi, P. et al. Direct observations of X-rays produced by upward positive lightning. Sci Rep 14, 8083 (2024). 10.1038/s41598-024-58520-x

Légende illustration : La tour du Säntis dans le nord-est de la Suisse © EMC EPFL CC BY SA

Un catalyseur multiplie par 10 la production d’hydrogène vert

il y a 11 heures
Hydrogène, Renouvelable
52 Vus
Un catalyseur multiplie par 10 la production d'hydrogène vert

La production d’hydrogène durable et respectueuse de l’environnement est un enjeu majeur pour répondre aux besoins énergétiques croissants de notre société. Les chercheurs du RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) au Japon, dirigés par Ryuhei Nakamura, ont fait un pas de plus vers cet objectif en améliorant leur méthode d’extraction de l’hydrogène à partir de l’eau, grâce à un catalyseur sur mesure pour la réaction chimique.

Une avancée significative dans l’électrolyse de l’eau

Publiée dans la revue Nature Catalysis, l’étude détaille comment les chercheurs ont manipulé la structure 3D du catalyseur, ce qui a permis d’améliorer sa stabilité et d’augmenter sa durée de vie de près de 4 000%. Ces résultats ont un impact sur la capacité à atteindre une économie énergétique durable basée sur l’hydrogène.

L’électrolyse de l’eau utilisant des membranes échangeuses de protons est un processus électrochimique vert permettant de diviser l’eau en oxygène et en hydrogène. L’hydrogène ainsi produit peut ensuite être stocké et utilisé ultérieurement, par exemple pour alimenter une voiture électrique lorsqu’il est combiné à une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM).

Les défis de l’électrolyse PEM à grande échelle

Cependant, l’électrolyse PEM présente encore des limites qui empêchent son utilisation industrielle à grande échelle, notamment dans les centrales électriques. En particulier, les réactions chimiques nécessaires se produisent dans un environnement très acide, et les meilleurs catalyseurs pour ces réactions sont des métaux de terres rares extrêmement rares, comme l’iridium.

Comme l’explique Ryuhei Nakamura, « le passage à l’échelle térawatt de l’électrolyse PEM nécessiterait 40 ans de production d’iridium, ce qui est certainement peu pratique et très peu durable. »

Un catalyseur abondant et durable

Il y a près de deux ans, Ryuhei Nakamura et son équipe ont mis au point un processus révolutionnaire permettant l’électrolyse de l’eau acide sans recourir aux métaux de terres rares. En insérant du manganèse dans un réseau d’oxyde de cobalt, ils ont créé un processus qui ne reposait que sur des métaux communs et durables.

Malgré ce succès, le processus n’était pas encore aussi stable qu’il devrait l’être dans un électrolyseur PEM. Aujourd’hui, les chercheurs ont développé un catalyseur abondant et durable qui dure plus longtemps.

La clé : modifier la structure du réseau du catalyseur

Le nouveau catalyseur est une forme d’oxyde de manganèse (MnO2). La découverte clé a été que la stabilité de la réaction pouvait être augmentée de plus de 40 fois en modifiant la structure du réseau du catalyseur.

L’oxygène dans la structure 3D en réseau de l’oxyde de manganèse se présente sous deux configurations, planaire et pyramidale. La version planaire forme des liaisons plus fortes avec le manganèse, et les chercheurs ont découvert que l’augmentation de la quantité d’oxygène planaire dans le réseau améliorait considérablement la stabilité catalytique.

Des résultats prometteurs pour l’avenir

Lorsqu’il a été testé dans un électrolyseur PEM, l’électrolyse de l’eau a pu être maintenue pendant environ 6 semaines à 200 mA/cm2. La quantité totale d’eau électrolysée pendant cette période, et donc la quantité d’hydrogène produite, était 10 fois supérieure à ce qui avait été obtenu jusqu’à présent avec d’autres catalyseurs non rares.

« De manière surprenante », déclare Shuang Kong, co-premier auteur, « l’amélioration de la stabilité ne s’est pas faite au détriment de l’activité, ce qui est généralement le cas. Un électrolyseur d’eau PEM qui génère de l’hydrogène avec un catalyseur abondant à un taux de 200 mA/cm2 est très efficace. »

Il reste encore du travail à faire. Les applications industrielles nécessitent généralement une densité de courant stable de 1000 mA/cm2 qui dure plusieurs années, plutôt qu’un mois. Néanmoins, les chercheurs pensent que des applications tangibles et réelles seront finalement possibles et contribueront à la neutralité carbone.

« Nous continuerons à modifier la structure du catalyseur pour augmenter à la fois la densité de courant et la durée de vie du catalyseur », ajoute Ryuhei Nakamura. « À long terme, nos efforts devraient contribuer à atteindre l’objectif ultime de toutes les parties prenantes : conduire l’électrolyse de l’eau PEM sans utiliser d’iridium. »

En attendant, les chercheurs espèrent que leurs découvertes susciteront un intérêt public accru pour la production d’hydrogène durable en tant que solution réaliste pour ralentir le changement climatique lié aux combustibles fossiles.

Légende illustration : Electrolyseur d’eau à membrane d’échange de protons (PEM) utilisant de l’oxyde de manganèse. Crédit : RIKEN

Article : “Acid-stable manganese oxides for proton exchange membrane water electrolysis” – DOI: 10.1038/s41929-023-01091-3

LASIT, une Révolution dans le Marquage Laser pour les Appareils Électroménagers

il y a 11 heures
Laser, Techno
25 Vus
LASIT, une Révolution dans le Marquage Laser pour les Appareils Électroménagers

Dans l’univers concurrentiel des appareils électroménagers, l’innovation technologique demeure un moteur essentiel de développement et de différenciation. Parmi les technologies émergentes, le marquage laser, championné par LASIT, se distingue par sa capacité à rehausser l’esthétique et la fonctionnalité des produits. Avec une expérience de plus de trente ans, LASIT innove constamment pour proposer des solutions adaptées aux exigences spécifiques de chaque client.

La Précision Avancée du Marquage Laser

Le marquage laser est reconnu pour sa précision exceptionnelle. Capable de graver des motifs extrêmement complexes avec une netteté parfaite, cette technologie est idéale pour l’industrie des appareils électroménagers où la finesse du détail est non seulement une question de fonction, mais aussi de style. Les marquages réalisés sont non seulement esthétiques mais aussi durables, résistant à des conditions telles que l’abrasion, la chaleur et divers produits chimiques.

Efficacité et Productivité Accrues

L’un des atouts majeurs du marquage laser réside dans sa vitesse d’exécution. Cette rapidité permet une production plus efficace, réduisant ainsi les temps d’arrêt en usine et augmentant la productivité globale. Cette efficience est particulièrement cruciale dans un secteur où la capacité à accélérer la mise sur le marché peut constituer un avantage compétitif déterminant.

Technologies Spécifiques pour le Plastique

Concernant le marquage sur les plastiques, fréquemment utilisés dans la fabrication d’appareils électroménagers, LASIT a perfectionné des méthodes telles que la carbonisation, le changement de couleur et l’ablation sélective. Grâce à des outils avancés tels que les lasers UV, FlyPeak et MOPA, ces techniques assurent un marquage de haute qualité adapté aux propriétés uniques des différents plastiques.

Un Partenariat Continu

Au-delà de la fourniture d’équipements, LASIT se positionne en partenaire stratégique pour ses clients. En offrant un soutien technique continu et des conseils expert, LASIT aide ses clients à maximiser l’efficacité et l’impact de leurs solutions de marquage.

Vers un Avenir Innovant

Toujours à l’avant-garde de la technologie, LASIT explore continuellement de nouveaux horizons pour enrichir ses offres et répondre aux défis d’un marché en constante évolution. En intégrant des solutions de marquage laser, les fabricants d’appareils électroménagers peuvent non seulement améliorer l’aspect visuel de leurs produits mais aussi en garantir la traçabilité et la durabilité.

Pour plus d’informations sur les solutions innovantes de LASIT, visitez leur site. Pour en savoir plus sur les innovations dans le domaine de l’énergie solaire et d’autres technologies renouvelables, cliquez ici.

Ce développement continue de cimenter la réputation de LASIT en tant que leader dans le domaine du marquage laser, offrant des solutions personnalisées qui font avancer toute l’industrie.

L’ivoire illégal démasqué par la science : une nouvelle arme contre le trafic

il y a 14 heures
Optique, Techno
22 Vus
L'ivoire illégal démasqué par la science : une nouvelle arme contre le trafic

La lutte contre le commerce illégal de l’ivoire d’éléphant est un enjeu majeur pour la préservation de cette espèce menacée. Les scientifiques des universités de Bristol et de Lancaster ont développé une nouvelle méthode basée sur la spectroscopie Raman, qui pourrait permettre aux douanes du monde entier de distinguer rapidement l’ivoire d’éléphant illégal de l’ivoire de défense de mammouth légal.

Malgré l’interdiction du commerce international de l’ivoire par la Convention sur le commerce international des espèces de faune et de flore sauvages menacées d’extinction (CITES), le braconnage lié à son commerce illégal n’a pas empêché la souffrance des éléphants. On estime que ce trafic est responsable d’une perte de 8% de la population mondiale d’éléphants chaque année. Selon le recensement de la base de données sur les éléphants d’Afrique de 2016, il ne resterait plus que 410 000 éléphants sur le continent, soit une diminution d’environ 90 000 individus par rapport au rapport précédent de 2013.

Si le commerce de l’ivoire d’éléphant est illégal, il n’est pas interdit de vendre de l’ivoire provenant d’espèces éteintes, comme les défenses de mammouth conservées. Cette source légale d’ivoire fait désormais partie d’une industrie lucrative et en pleine expansion, celle des «chasseurs de mammouths». Cela pose également un problème de temps et d’application pour les équipes douanières, car l’ivoire de ces deux types de défenses est globalement similaire, ce qui rend difficile la distinction entre les deux, surtout une fois que les spécimens ont été travaillés ou sculptés.

Le Dr Rebecca Shepherd avec des échantillons d’ivoire de mammouth provenant du musée d’histoire naturelle. À l’arrière-plan, on peut voir le spectromètre Raman de table.

La spectroscopie Raman, une méthode pour distinguer les ivoires

Dans cette nouvelle étude, des scientifiques de l’École d’anatomie de Bristol et de la Lancaster Medical School ont cherché à établir si la spectroscopie Raman, déjà utilisée dans l’étude de la chimie des os et des minéraux, pouvait être modifiée pour détecter avec précision les différences de composition chimique entre l’ivoire de mammouth et d’éléphant.

Les chercheurs ont scanné des échantillons de défenses de mammouth et d’éléphant provenant du Natural History Museum de Londres à l’aide de la méthode basée sur le laser, la spectroscopie Raman. Les résultats de l’expérience ont montré que cette technologie permettait une identification précise, rapide et non destructive des espèces.

Un objet en ivoire, supposé provenir d’un éléphant d’Asie, sous le microscope d’un microspectromètre Raman Renishaw in Via.

Comme l’explique le Dr Rebecca Shepherd, anciennement de la Lancaster Medical School et maintenant à l’École d’anatomie de l’Université de Bristol :

«La méthode d’identification de référence recommandée par l’Office des Nations unies contre la drogue et le crime pour évaluer la légalité de l’ivoire est principalement coûteuse, destructrice et chronophage. La spectroscopie Raman peut fournir des résultats rapidement (un seul scan ne prend que quelques minutes) et est plus facile à utiliser que les méthodes actuelles, ce qui facilite la distinction entre l’ivoire d’éléphant illégal et l’ivoire de défense de mammouth légal. Une surveillance et un contrôle accrus des échantillons passant par les douanes du monde entier à l’aide de la spectroscopie Raman pourraient dissuader les braconniers de s’en prendre aux espèces d’éléphants en danger et en danger critique d’extinction.»

Une méthode prometteuse pour lutter contre le trafic d’ivoire

Le Dr Jemma Kerns de la Lancaster Medical School ajoute :

«L’approche combinée d’une méthode laser non destructive de spectroscopie Raman avec une analyse de données avancée est très prometteuse pour l’identification d’échantillons d’ivoire inconnus, ce qui est particulièrement important, étant donné l’augmentation des défenses de mammouth disponibles et la nécessité d’une identification rapide.»

Pour le professeur Adrian Lister, l’un des coauteurs de l’étude du Natural History Museum :

«L’arrêt du commerce de l’ivoire d’éléphant a été compromis par des objets en ivoire illégaux décrits ou déguisés en ivoire de mammouth (dont le commerce est légal). Une méthode rapide et fiable pour distinguer les deux a longtemps été un objectif, car les autres méthodes (comme la datation au radiocarbone et l’analyse de l’ADN) prennent du temps et sont coûteuses. La démonstration que les deux peuvent être séparés par spectroscopie Raman est donc une avancée significative ; de plus, cette méthode (contrairement aux autres) ne nécessite aucun prélèvement, laissant l’objet en ivoire intact.»

Un objet en ivoire, supposé provenir d’un éléphant d’Asie, sous le microscope à l’intérieur d’un microspectromètre Raman Renishaw in via.

Légende illustration : Le Dr Rebecca Shepherd avec des échantillons d’ivoire de mammouth provenant du musée d’histoire naturelle. À l’arrière-plan, on peut voir le spectromètre Raman de table. Crédit : Dr Rebecca Shepherd

Cette étude, financée par l’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), a impliqué des chercheurs des universités de Lancaster et de Birmingham ainsi que du Natural History Museum. Elle ouvre de nouvelles perspectives dans la lutte contre le commerce illégal de l’ivoire et la préservation des éléphants, une espèce menacée.

Le lidar miniaturisé repousse les limites de la résolution d’image

il y a 21 heures
Laser, Techno
37 Vus
Le lidar miniaturisé repousse les limites de la résolution d'image

Les chercheurs ont développé un système de lidar aéroporté à photon unique compact et léger, capable d’acquérir des images 3D haute résolution avec un laser de faible puissance. Cette avancée pourrait rendre le lidar à photon unique pratique pour des applications aériennes et spatiales telles que la surveillance de l’environnement, la cartographie 3D du terrain et l’identification d’objets.

Le lidar à photon unique utilise des techniques de détection de photons uniques pour mesurer le temps nécessaire aux impulsions laser pour atteindre les objets et revenir. Il est particulièrement utile pour les applications aéroportées car il permet une cartographie 3D très précise du terrain et des objets, même dans des environnements difficiles tels que la végétation dense ou les zones urbaines.

Selon Feihu Xu, membre de l’équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies de Chine, « l’utilisation de la technologie lidar à photon unique sur des drones ou des satellites aux ressources limitées nécessite de réduire l’ensemble du système et de diminuer sa consommation d’énergie ».

Les chercheurs ont réussi à intégrer les développements technologiques récents dans un système qui, par rapport aux autres systèmes lidar aéroportés de pointe, emploie la puissance laser la plus faible et l’ouverture optique la plus petite tout en maintenant de bonnes performances en termes de portée de détection et de résolution d’image.

Performances du système lidar miniaturisé

Dans la revue Optica, les chercheurs montrent que le système a la capacité d’atteindre une résolution d’image qui dépasse la limite de diffraction de la lumière lorsqu’il est utilisé avec un balayage sous-pixel et un nouvel algorithme de déconvolution 3D. Ils démontrent également la capacité du système à capturer des images 3D haute résolution pendant la journée sur de vastes zones à bord d’un petit avion.

« En fin de compte, notre travail a le potentiel d’améliorer notre compréhension du monde qui nous entoure et de contribuer à un avenir plus durable et mieux informé pour tous », a déclaré Feihu Xu. « Par exemple, notre système pourrait être déployé sur des drones ou de petits satellites pour surveiller les changements dans les paysages forestiers, tels que la déforestation ou d’autres impacts sur la santé des forêts. Il pourrait également être utilisé après des tremblements de terre pour générer des cartes 3D du terrain qui pourraient aider à évaluer l’étendue des dommages et guider les équipes de secours, sauvant potentiellement des vies. »

Un nouveau système lidar aéroporté compact et léger à photon unique pourrait rendre le lidar à photon unique pratique pour les applications aériennes et spatiales telles que la cartographie de terrain en 3D. Crédit : Feihu Xu, University of Science and Technology of China

Composants clés du système lidar compact

Pour réduire la taille globale du système, les chercheurs ont utilisé de petits télescopes avec une ouverture optique de 47 mm comme optique de réception. Une partie clé du nouveau système est constituée des miroirs de balayage spéciaux qui effectuent un balayage fin continu, capturant des informations sous-pixel des cibles au sol.

De plus, un nouvel algorithme de calcul efficace en photons extrait ces informations sous-pixel à partir d’un petit nombre de détections de photons bruts, permettant la reconstruction d’images 3D super-résolues malgré les défis posés par les signaux faibles et le bruit solaire important.

Tests au sol et en vol du lidar à photon unique

Les chercheurs ont mené une série de tests pour valider les capacités du nouveau système. Un test au sol avant le vol a confirmé l’efficacité de la technique et a montré que le système était capable d’effectuer une imagerie lidar avec une résolution de 15 cm à une distance de 1,5 km avec les paramètres par défaut. Une fois le balayage sous-pixel et la déconvolution 3D mis en œuvre, les chercheurs ont pu démontrer une résolution effective de 6 cm à la même distance.

Les enquêteurs ont également mené des expériences de jour avec le système à bord d’un petit avion pendant plusieurs semaines dans la ville de Yiwu, province du Zhejiang, en Chine. Ces expériences ont révélé avec succès les caractéristiques détaillées de divers reliefs et objets, confirmant la fonctionnalité et la fiabilité du système dans des scénarios réels.

Perspectives d’amélioration et d’application du lidar compact

L’équipe travaille maintenant à améliorer les performances et l’intégration du système, avec pour objectif à long terme de l’installer sur une plateforme spatiale telle qu’un petit satellite. La stabilité, la durabilité et la rentabilité du système doivent également être améliorées avant qu’il ne puisse être commercialisé.

Légende illustration : Un nouveau système lidar aéroporté compact et léger à photon unique pourrait rendre le lidar à photon unique pratique pour les applications aériennes et spatiales telles que la cartographie de terrain en 3D. Crédit : Feihu Xu, University of Science and Technology of China

Article : “Airborne single-photon LiDAR towards small-size and low-power payload” – DOI: 10.1364/OPTICA.518999

Batteries aqueuses : la clé pour un stockage d’énergie plus sûr ?

il y a 1 jour
Batterie, Techno
51 Vus
Batteries aqueuses : la clé pour un stockage d'énergie plus sûr ?

Les batteries lithium-ion traditionnelles non aqueuses offrent une densité énergétique élevée, mais leur sécurité est compromise en raison de l’utilisation d’électrolytes organiques inflammables. Les chercheurs explorent des alternatives plus sûres, telles que les batteries aqueuses, qui utilisent l’eau comme solvant pour les électrolytes.

Ces batteries présentent généralement une densité énergétique inférieure en raison de la solubilité limitée de l’électrolyte et de la faible tension de la batterie. Une équipe de recherche chinoise a développé une nouvelle approche prometteuse pour surmonter ces limitations et améliorer considérablement la densité énergétique des batteries aqueuses.

Une cathode à transfert multi-électrons basée sur le brome et l’iode

Dans une étude récemment publiée dans Nature Energy, un groupe de recherche dirigé par le professeur LI Xianfeng de l’Institut de chimie physique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le groupe du professeur FU Qiang également du DICP, a développé une cathode à transfert multi-électrons basée sur le brome et l’iode. Cette innovation a permis d’atteindre une capacité spécifique de plus de 840 Ah/L et une densité énergétique allant jusqu’à 1200 Wh/L lors des tests de batterie complète basés sur le catholyte.

Pour améliorer la densité énergétique des batteries aqueuses, les chercheurs ont utilisé une solution d’halogène mixte d’ions iodure (I-) et d’ions bromure (Br-) comme électrolyte. Ils ont développé une réaction de transfert multi-électrons, transférant I- en élément iode (I2) puis en iodate (IO3-).

Pendant le processus de charge, les I- sont oxydés en IO3- du côté positif, et les H+ générés sont conduits du côté négatif sous forme d’électrolyte support. Pendant le processus de décharge, les H+ sont conduits du côté positif et les IO3- sont réduits en I-.

Optimisation de la réaction électrochimique grâce au brome

Les chercheurs ont confirmé que le Br- ajouté à l’électrolyte pouvait générer de l’iodure de brome polaire (IBr) pendant le processus de charge, ce qui facilitait la réaction avec H2O pour former IO3-. Pendant la décharge, IO3- pouvait oxyder Br- en Br2 et participer à la réaction électrochimique pour réaliser une décharge réversible et rapide de IO3-.

Par conséquent, l’intermédiaire bromure formé pendant le processus de charge et de décharge a optimisé le processus de réaction, améliorant efficacement la cinétique et la réversibilité de la réaction électrochimique.

Le groupe du professeur FU a prouvé le processus de transfert multi-électrons par microscopie optique in-situ, spectroscopie Raman et d’autres techniques.

Selon le professeur LI, «Cette étude fournit une nouvelle idée pour la conception de batteries aqueuses à haute densité énergétique et pourrait étendre l’application des batteries aqueuses dans le domaine des batteries de puissance.»

Article : “Reversible multielectron transfer I−/IO3− cathode enabled by a hetero-halogen electrolyte for high-energy-density aqueous batteries” – DOI: 10.1038/s41560-024-01515-9

Prédire l’imprévisible : le défi des sillages dans l’éolien offshore

il y a 1 jour
Eolien, Renouvelable
51 Vus
Prédire l'imprévisible : le défi des sillages dans l'éolien offshore

L’énergie éolienne offshore représente une opportunité majeure pour répondre à la demande croissante en électricité aux États-Unis, en particulier pendant les mois d’été où la consommation augmente considérablement. Cependant, prédire avec précision la quantité d’énergie que ces éoliennes en mer peuvent produire reste un défi de taille pour les opérateurs de réseaux électriques.

Une équipe de scientifiques de l’Université du Colorado à Boulder, dirigée par Dave Rosencrans, doctorant, et Julie K. Lundquist, professeure au Département des sciences atmosphériques et océaniques, a publié une étude dans la revue Wind Energy Science. Selon leurs estimations, les éoliennes offshore situées dans la région de l’océan Atlantique, où les États-Unis prévoient de construire de grands parcs éoliens, pourraient réduire le vent disponible pour les autres éoliennes à proximité, diminuant ainsi la production d’énergie des parcs de plus de 30%.

Ce phénomène, appelé «effet de sillage», se produit lorsque le vent traverse les éoliennes situées en amont, qui extraient une partie de l’énergie du vent. En conséquence, le vent ralentit et devient plus turbulent derrière ces éoliennes, ce qui signifie que les éoliennes en aval reçoivent un vent plus lent, entraînant parfois une baisse de la production d’énergie.

Les parcs éoliens offshore pourraient couvrir 60% de la demande en électricité de la Nouvelle-Angleterre

Malgré l’effet de sillage, l’équipe a estimé que les parcs éoliens proposés pourraient tout de même fournir environ 60% de la demande en électricité du réseau de la Nouvelle-Angleterre, qui couvre les États du Connecticut, du Maine, du Massachusetts, du New Hampshire, du Rhode Island et du Vermont.

Julie K. Lundquist souligne l’importance de prédire quand ces sillages seront coûteux et quand ils auront peu d’effet, étant donné que les États-Unis prévoient de construire des milliers d’éoliennes offshore.

Les conditions météorologiques influencent la propagation des sillages

Dave Rosencrans, premier auteur de l’étude, explique que l’effet de sillage est particulièrement important en mer, car il n’y a pas de maisons ou d’arbres pour remuer l’air et aider à dissiper les sillages.

Les simulations informatiques et les données d’observation de l’atmosphère ont permis à l’équipe de calculer que l’effet de sillage réduit la production totale d’énergie de 34% à 38% dans un parc éolien proposé au large de la côte Est. La majeure partie de cette réduction provient des sillages formés entre les éoliennes d’un même parc.

Cependant, dans certaines conditions météorologiques, les sillages peuvent atteindre des éoliennes situées jusqu’à 55 kilomètres sous le vent et affecter d’autres parcs éoliens. Par exemple, pendant les journées chaudes d’été, l’écoulement de l’air au-dessus de la surface fraîche de la mer a tendance à être relativement stable, ce qui fait que les sillages persistent plus longtemps et se propagent sur de plus longues distances.

Un équilibre délicat entre l’offre et la demande d’électricité

L’intégration croissante des énergies renouvelables dans le système électrique représente un défi pour les opérateurs de réseaux, car l’énergie éolienne et solaire est variable, le soleil ne brillant pas toujours et le vent ne soufflant pas en permanence.

Julie K. Lundquist souligne que le réseau électrique est un système complexe qui nécessite un équilibre parfait entre l’offre et la demande en temps réel. Tout déséquilibre peut entraîner des pannes dévastatrices, comme ce qui s’est produit au Texas en 2021, où des coupures de courant ont causé la mort de près de 250 personnes.

Des instruments de mesure pour améliorer les prévisions de production d’énergie éolienne

Pour mieux comprendre comment le vent souffle dans la zone proposée pour le parc éolien, l’équipe a installé une série d’instruments sur les îles au large de la côte de la Nouvelle-Angleterre en décembre dernier, dans le cadre du projet Wind Forecast Improvement Project 3 du Département de l’énergie.

Ces instruments, qui comprennent des moniteurs météorologiques et des capteurs radar, collecteront des données pendant au moins un an. Auparavant, les modèles de prévision de la production d’énergie éolienne offshore s’appuyaient généralement sur des données intermittentes provenant de navires et d’observations satellitaires. L’espoir est qu’avec des données continues directement issues de l’océan, les scientifiques pourront améliorer les modèles de prévision et mieux intégrer l’énergie éolienne offshore dans le réseau.

Un mix énergétique diversifié pour répondre à la demande croissante en électricité

Outre la demande croissante en climatisation et en pompes à chaleur, la consommation d’électricité aux États-Unis a augmenté rapidement ces dernières années en raison de la prévalence croissante des véhicules électriques, des centres de données et des installations de fabrication. Au cours des cinq prochaines années, les analyses prévoient que la demande en électricité aux États-Unis augmentera de près de 5%, une hausse substantielle par rapport au taux de croissance annuel estimé à 0,5% au cours de la dernière décennie.

« Nous avons besoin d’un mix diversifié de sources d’énergie propres pour répondre à la demande et décarboner le réseau. Avec de meilleures prévisions de l’énergie éolienne, nous pouvons parvenir à une plus grande dépendance aux énergies renouvelables. » a conclu Julie K. Lundquist.

Légende illustration : Un LiDAR éolien pour la collecte de données sur l’énergie éolienne, les conditions météorologiques et les mouvements d’air. Crédit : Julie Lundquist/CU Boulder

Article : “Seasonal variability of wake impacts on US mid-Atlantic offshore wind plant power production” – DOI: 10.5194/wes-9-555-2024

Un magnétar détecté hors de notre galaxie : une première cosmique

il y a 1 jour
Recherche, Techno
46 Vus
Un magnétar détecté hors de notre galaxie : une première cosmique

Les magnétars, ces étoiles à neutrons dotées d’un champ magnétique extrêmement puissant, restent encore mystérieux pour les astronomes. Cependant, une récente découverte réalisée grâce aux télescopes spatiaux de l’ESA, INTEGRAL et XMM-Newton, apporte un nouvel éclairage sur ces objets fascinants. Pour la première fois, une éruption géante de magnétar a été détectée en dehors de notre galaxie, dans la galaxie voisine M82.

Une explosion soudaine détectée par INTEGRAL

Le 15 novembre 2023, le satellite INTEGRAL de l’ESA a repéré une explosion soudaine provenant d’un objet rare. Pendant seulement un dixième de seconde, une brève rafale de rayons gamma énergétiques est apparue dans le ciel.

« Les données du satellite ont été reçues au Centre de données scientifiques INTEGRAL (ISDC), basé sur le site Ecogia du Département d’astronomie de l’UNIGE, d’où une alerte de sursaut gamma a été envoyée aux astronomes du monde entier, seulement 13 secondes après sa détection », explique Carlo Ferrigno, chercheur associé principal au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE, PI de l’ISDC et co-auteur de la publication.

Le logiciel IBAS (Integral Burst Alert System) a fourni une localisation automatique coïncidant avec la galaxie M82, située à 12 millions d’années-lumière. Ce système d’alerte a été développé et est exploité par des scientifiques et des ingénieurs de l’UNIGE en collaboration avec des collègues internationaux.

Un signal curieux provenant d’une galaxie voisine

«Nous avons immédiatement réalisé qu’il s’agissait d’une alerte spéciale. Les sursauts gamma proviennent de loin et de n’importe où dans le ciel, mais ce sursaut provenait d’une galaxie brillante proche», explique Sandro Mereghetti de l’Institut national d’astrophysique (INAF-IASF) à Milan, en Italie, auteur principal de la publication et contributeur d’IBAS.

L’équipe a immédiatement demandé au télescope spatial XMM-Newton de l’ESA d’effectuer une observation de suivi de l’emplacement du sursaut dès que possible. S’il s’était agi d’un court sursaut gamma, causé par deux étoiles à neutrons en collision, la collision aurait créé des ondes gravitationnelles et aurait eu une rémanence en rayons X et en lumière visible. Cependant, les observations de XMM-Newton n’ont montré que le gaz chaud et les étoiles de la galaxie.

Les magnétars : des étoiles méga-magnétiques, récemment mortes

«Lorsque des étoiles plus massives que huit fois le Soleil meurent, elles explosent en supernova en laissant derrière elles un trou noir ou une étoile à neutrons. Les étoiles à neutrons sont des restes stellaires très compacts avec plus que la masse du Soleil concentrée dans une sphère de la taille du canton de Genève. Elles tournent rapidement et ont des champs magnétiques puissants», explique Volodymyr Savchenko, chercheur associé principal au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et co-auteur de la publication.

Certaines jeunes étoiles à neutrons ont des champs magnétiques extrêmement forts, plus de 10 000 fois celui des étoiles à neutrons typiques. Ce sont les magnétars. Ils émettent de l’énergie sous forme d’éruptions, et parfois ces éruptions sont gigantesques.

INTEGRAL, un instrument clé dans une course contre la montre

Les éruptions d’une durée aussi courte ne peuvent être capturées que par hasard lorsqu’un observatoire pointe déjà dans la bonne direction. Cela rend INTEGRAL avec son grand champ de vision, plus de 3000 fois supérieur à la zone du ciel couverte par la Lune, si important pour ces détections.

Carlo Ferrigno explique : «Notre système de traitement automatique des données est très fiable et nous permet d’alerter immédiatement la communauté.»

Lorsque des observations inattendues comme celle-ci sont relevées, INTEGRAL et XMM-Newton peuvent être flexibles dans leurs programmes, ce qui est essentiel pour les découvertes cruciales en termes de temps. Dans ce cas, si les observations avaient été effectuées ne serait-ce qu’un jour plus tard, il n’y aurait pas eu de preuve aussi forte qu’il s’agissait bien d’un magnétar et non d’un sursaut gamma.

Légende illustration : Impression d’artiste d’un magnétar. Les magnétars sont les objets cosmiques dont les champs magnétiques sont les plus puissants jamais mesurés dans l’Univers. © ESA

Article: “A magnetar giant flare in the nearby starburst galaxy M82” – DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4

Diamants et réseaux quantiques : le mariage parfait grâce au centre PbV

il y a 1 jour
Quantique, Techno
29 Vus
Diamants et réseaux quantiques : le mariage parfait grâce au centre PbV

Les centres colorés dans le diamant, en particulier le centre plomb-lacune (PbV), ouvrent de nouvelles perspectives pour la construction de réseaux quantiques à grande échelle. Grâce à leurs propriétés optiques uniques, ces centres colorés pourraient devenir des éléments clés pour le transfert d’informations quantiques sur de longues distances, ouvrant ainsi la voie à des avancées majeures dans le domaine de l’informatique quantique.

Tout comme les circuits électriques utilisent des composants pour contrôler les signaux électroniques, les réseaux quantiques s’appuient sur des composants et des nœuds spéciaux pour transférer l’information quantique entre différents points, formant ainsi la base de la construction de systèmes quantiques. Dans le cas des réseaux quantiques, les centres colorés dans le diamant, qui sont des défauts intentionnellement ajoutés à un cristal de diamant, sont cruciaux pour générer et maintenir des états quantiques stables sur de longues distances.

Lorsqu’ils sont stimulés par une lumière externe, ces centres colorés dans le diamant émettent des photons portant des informations sur leurs états électroniques internes, en particulier les états de spin. L’interaction entre les photons émis et les états de spin des centres colorés permet le transfert d’informations quantiques entre différents nœuds des réseaux quantiques.

Un exemple bien connu de centres colorés dans le diamant est le centre azote-lacune (NV), où un atome d’azote est ajouté à côté d’atomes de carbone manquants dans le réseau de diamant. Cependant, les photons émis par les centres colorés NV n’ont pas de fréquences bien définies et sont affectés par les interactions avec l’environnement, ce qui rend difficile le maintien d’un système quantique stable.

Pour résoudre ce problème, un groupe international de chercheurs, dont le professeur associé Takayuki Iwasaki de l’Institut de technologie de Tokyo, a développé un centre plomb-lacune (PbV) chargé négativement dans le diamant, où un atome de plomb est inséré entre des lacunes voisines dans un cristal de diamant. Dans l’étude publiée dans la revue Physical Review Letters, les chercheurs révèlent que le centre PbV émet des photons de fréquences spécifiques qui ne sont pas influencés par l’énergie vibrationnelle du cristal. Ces caractéristiques font des photons des porteurs fiables d’informations quantiques pour les réseaux quantiques à grande échelle.

Pour fabriquer le centre PbV, les chercheurs ont introduit des ions de plomb sous la surface du diamant par implantation ionique. Un processus de recuit a ensuite été effectué pour réparer les dommages causés par l’implantation des ions de plomb. Le centre PbV résultant présente un système de spin 1/2, avec quatre états d’énergie distincts, l’état fondamental et l’état excité étant divisés en deux niveaux d’énergie. Lors de la photoexcitation du centre PbV, les transitions d’électrons entre les niveaux d’énergie ont produit quatre ZPL distinctes, classées par les chercheurs comme A, B, C et D en fonction de l’énergie décroissante des transitions associées. Parmi celles-ci, la transition C s’est avérée avoir une largeur de raie limitée par transformée de Fourier de 36 MHz.

Le centre PbV se distingue par sa capacité à maintenir sa largeur de raie à environ 1,2 fois la limite de transformée à des températures allant jusqu’à 16 K. Ceci est important pour atteindre une visibilité d’environ 80% dans l’interférence à deux photons. En revanche, les centres colorés comme SiV, GeV et SnV doivent être refroidis à des températures beaucoup plus basses (4 K à 6 K) pour des conditions similaires.

En générant des photons bien définis à des températures relativement élevées par rapport à d’autres centres colorés, le centre PbV peut fonctionner comme une interface quantique lumière-matière efficace, ce qui permet à l’information quantique d’être transportée sur de longues distances par des photons via des fibres optiques.

En synthèse

Les résultats de cette étude ouvrent la voie à l’utilisation du centre PbV comme élément de base pour la construction de réseaux quantiques à grande échelle. Grâce à ses propriétés optiques uniques, notamment sa capacité à émettre des photons de fréquences spécifiques non influencés par l’énergie vibrationnelle du cristal, le centre PbV pourrait devenir un composant clé pour le transfert d’informations quantiques sur de longues distances.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un centre coloré dans le diamant ?

Un centre coloré dans le diamant est un défaut intentionnellement ajouté à un cristal de diamant, où un atome d’impureté remplace un atome de carbone ou est inséré entre des lacunes dans le réseau cristallin. Ces centres colorés peuvent émettre des photons portant des informations quantiques lorsqu’ils sont stimulés par une lumière externe.

Qu’est-ce qui distingue le centre PbV des autres centres colorés ?

Le centre PbV se distingue par sa capacité à émettre des photons de fréquences spécifiques qui ne sont pas influencés par l’énergie vibrationnelle du cristal de diamant. De plus, il peut maintenir sa largeur de raie proche de la limite de transformée à des températures relativement élevées par rapport à d’autres centres colorés.

Pourquoi les photons émis sont-ils importants pour les réseaux quantiques ?

Les photons émis par le centre PbV sont des porteurs fiables d’informations quantiques car ils ont des fréquences bien définies et ne sont pas affectés par les interactions avec l’environnement. Cela permet de transférer efficacement des informations quantiques entre différents nœuds d’un réseau quantique sur de longues distances.

Comment le centre PbV est-il fabriqué ?

Le centre PbV est fabriqué en introduisant des ions de plomb sous la surface d’un diamant par implantation ionique. Un processus de recuit est ensuite effectué pour réparer les dommages causés par l’implantation et permettre la formation du centre coloré.

Quelles sont les perspectives d’application dans les réseaux quantiques ?

Le centre PbV pourrait devenir un élément de base pour la construction de réseaux quantiques à grande échelle. Ses propriétés optiques uniques en font un candidat prometteur pour le développement de l’informatique quantique et l’ouverture de nouvelles perspectives d’applications innovantes dans divers domaines.

Références

Article: “Transform-Limited Photon Emission From a Lead-Vacancy Center in Diamond Above 10 K” – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.073601

Des nanocristaux inédits pour dépolluer l’eau efficacement

il y a 2 jours
Risques, Enviro
40 Vus
Des nanocristaux inédits pour dépolluer l'eau efficacement

Les photocatalyseurs à base de semi-conducteurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel pour la dépollution et l’exploitation efficace de l’énergie solaire. Les photocatalyseurs couramment utilisés présentent encore des limites en termes d’activité photocatalytique et de gamme d’opération dans le spectre de la lumière visible.

Une équipe de chercheurs de l’Institut de recherche innovante de l’Institut de technologie de Tokyo, au Japon, a développé de nouveaux nanocristaux de ferrite de bismuth (BiFeO3) décorés de nanoparticules d’or (Au) pour surmonter ces défis.

Les propriétés uniques du ferrite de bismuth (BiFeO3)

Le ferrite de bismuth (BiFeO3) est un photocatalyseur alternatif attrayant en raison de sa bande interdite étroite et de ses propriétés magnétiques. La bande interdite étroite du BiFeO3 permet une utilisation efficace de la lumière dans la région visible pour exciter les électrons de la bande de valence vers la bande de conduction, laissant derrière eux des trous vacants. Les électrons excités et les trous peuvent tous deux induire des réactions chimiques qui conduisent à la dégradation des polluants dans une solution aqueuse.

De plus, la propriété ferromagnétique permet une récupération facile du BiFeO3 de la solution. Cependant, comme les photocatalyseurs courants, le BiFeO3 souffre également d’une recombinaison rapide des paires électron-trou, ce qui limite considérablement son activité photocatalytique.

Les nanocristaux de BiFeO3 décorés de nanoparticules d’or (Au)

Pour résoudre ce problème, l’équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Tso-Fu Mark Chang a développé de nouveaux nanocristaux de BiFeO3 décorés de nanoparticules d’or (Au).

L’incorporation de nanostructures d’Au dans le BiFeO3 peut introduire davantage de sites actifs pour les réactions de photodégradation, grâce à la résonance plasmonique de surface localisée unique des nanoparticules d’Au, et le transfert des électrons excités dans le BiFeO3 vers le domaine de l’or supprime la recombinaison des paires électron-trou.

Les chercheurs ont fabriqué les nanocristaux Au-BiFeO3 par une méthode de synthèse hydrothermale et un processus de solution simple pour décorer le BiFeO3 avec différentes quantités d’Au. L’équipe a optimisé l’activité photocatalytique des nanocristaux Au-BiFeO3 en évaluant leur efficacité dans la dégradation du bleu de méthylène (BM), un colorant de denim courant.

Des résultats prometteurs pour la dépollution efficace et durable

Les expériences ont révélé que l’échantillon contenant 1,0% d’Au en poids présentait la meilleure activité, atteignant une efficacité de dégradation impressionnante de 98% sous une lampe au xénon de 500 watts en 120 minutes. De plus, il a également conservé 80% de son activité d’origine après quatre cycles de 120 minutes, démontrant une excellente stabilité.

Les chercheurs ont également étudié les mécanismes par lesquels Au améliore l’activité photocatalytique. Lorsqu’un nanocristal Au-BiFeO3 est éclairé par une lumière à des longueurs d’onde appropriées, les électrons dans le BiFeO3 sont excités vers la bande de conduction. Contrairement à la recombinaison qui se produit dans le BiFeO3 nu, l’introduction d’Au, qui a un niveau de Fermi moins négatif que la bande de conduction du BiFeO3, facilite le transfert des électrons excités de la bande de conduction vers le domaine Au, favorisant ainsi l’accumulation de trous dans le BiFeO3.

Cette étude met en évidence l’activité et la recyclabilité prometteuses de l’Au-BiFeO3, soulignant son potentiel dans la dégradation efficace et durable des polluants environnementaux. Ces résultats ouvrent la voie à la conception et au développement de matériaux nanocristallins avancés pour des applications photocatalytiques.

Article : “Tunable Photocatalytic Properties of Au-Decorated BiFeO3 Nanostructures for Dye Photodegradation” – DOI: 10.1021/acsanm.4c01702

Îles des Caraïbes : les super réseaux, espoir face aux ouragans

il y a 2 jours
Electricité, Energie
41 Vus
Îles des Caraïbes : les super réseaux, espoir face aux ouragans

Les îles des Caraïbes, souvent frappées par des ouragans dévastateurs, explorent de nouvelles solutions pour assurer un approvisionnement en électricité fiable et durable. Les chercheurs du Département de l’Énergie du Laboratoire National d’Oak Ridge ont développé une méthode de modélisation complète pour mieux prédire la baisse de production d’électricité lorsque les nuages d’orage obscurcissent les panneaux solaires. Leur étude explore comment les “super réseaux”, une collection de réseaux interconnectés, pourraient compenser ces pertes d’énergie.

Rodney Itiki, chercheur principal, souligne l’importance de cette planification des infrastructures pour maintenir un accès équitable à l’électricité dans les 12 pays insulaires des Caraïbes et les territoires américains de Porto Rico et des Îles Vierges américaines. Son modèle peut être utilisé pour comprendre l’impact des nuages d’ouragan sur n’importe quel système électrique.

L’équipe de chercheurs a analysé comment un grand ouragan réduirait la puissance des installations solaires connues tout en voyageant sur 10 trajectoires possibles pendant 10 à 14 jours. « C’est l’une des principales contributions de la recherche, car lorsque nous concevons le système électrique, nous devons le faire en considérant tous les cas possibles – surtout, le pire des scénarios », explique Rodney Itiki.

Les super réseaux pour équilibrer le flux d’énergie entre les régions

Les chercheurs ont utilisé des simulations pour comprendre la disponibilité de l’énergie pendant les ouragans si les réseaux électriques étaient connectés via des câbles à haute tension sur le fond de l’océan. Ils ont modélisé quatre combinaisons différentes : un réseau américain autonome, un super réseau caribéen autonome reliant toutes les îles, un super réseau américano-caribéen et un super réseau reliant les États-Unis, les îles des Caraïbes et l’Amérique du Sud.

Le modèle a montré que certaines centrales solaires perdaient jusqu’à 88% de leur capacité de production pendant deux jours lorsqu’elles étaient ombragées par des nuages d’ouragan. Les chercheurs ont constaté que le super réseau américano-caribéen augmente le plus la fiabilité de l’énergie, tandis que le super réseau caribéen autonome s’est avéré le moins utile.

Vers une indépendance énergétique vis-à-vis des combustibles fossiles

Rodney Itiki a l’intention de fusionner ses algorithmes solaires et éoliens pour déterminer comment les super réseaux pourraient améliorer la fiabilité énergétique dans les Caraïbes et sur le continent. Cette recherche a de vastes implications pour l’indépendance énergétique des États-Unis vis-à-vis des combustibles fossiles et pour l’intégration fiable des projets d’énergie renouvelable.

« Je ne pense pas que les gens planifient les centrales photovoltaïques en tenant compte de l’ombrage des ouragans », note Rodney Itiki. « Les services publics choisissent des emplacements avec une exposition maximale au soleil, mais ils doivent également considérer la trajectoire normale des ouragans. »

Bien que des études supplémentaires soient nécessaires pour évaluer la viabilité environnementale et économique de la pose de câbles sous-marins, le modèle d’Itiki fournit un nouvel outil essentiel pour estimer l’énergie solaire pendant les conditions météorologiques extrêmes et planifier des systèmes de transmission pour compenser.

Les services publics pourraient utiliser l’algorithme pour se préparer à l’écart d’énergie solaire pendant les tempêtes, en utilisant des solutions telles que les batteries ou l’hydroélectricité par pompage-turbinage.

Légende illustration : Les chercheurs de l’ORNL ont modélisé l’impact de la couverture nuageuse d’un ouragan sur la production d’énergie solaire alors qu’une tempête suivait 10 trajectoires possibles au-dessus des Caraïbes et du sud des États-Unis.

Quand l’eau salée rencontre l’eau douce : l’électricité coule à flots

il y a 2 jours
Renouvelable, Hydraulique
62 Vus
Quand l'eau salée rencontre l'eau douce : l'électricité coule à flots

Les estuaires, ces zones où les rivières d’eau douce rencontrent la mer salée, offrent non seulement des lieux privilégiés pour l’observation des oiseaux et le kayak, mais recèlent également un potentiel énergétique considérable. En effet, le mélange des eaux de différentes concentrations en sel dans ces zones pourrait être une source d’énergie osmotique durable et respectueuse de l’environnement.

Des chercheurs ont mis au point une membrane semi-perméable capable de récolter l’énergie osmotique des gradients de salinité et de la convertir en électricité. Lors de démonstrations en laboratoire, ce nouveau dispositif a atteint une densité de puissance de sortie plus de deux fois supérieure à celle des membranes commerciales existantes.

Un potentiel énergétique inexploité

L’énergie osmotique peut être générée partout où des gradients de salinité sont présents, mais les technologies actuelles permettant de capter cette énergie renouvelable présentent encore des marges d’amélioration significatives. L’une des méthodes existantes utilise un ensemble de membranes d’électrodialyse inverse (RED) qui agissent comme une sorte de «batterie au sel», générant de l’électricité à partir des différences de pression causées par le gradient de salinité.

Pour optimiser ce gradient, les ions chargés positivement de l’eau de mer, tels que le sodium, traversent le système jusqu’à l’eau douce, augmentant ainsi la pression sur la membrane. Afin d’accroître encore son potentiel de récolte, la membrane doit également maintenir une faible résistance électrique interne en permettant aux électrons de circuler facilement dans la direction opposée à celle des ions.

Une membrane innovante aux performances prometteuses

Des recherches antérieures suggèrent que l’amélioration simultanée du flux d’ions à travers la membrane RED et de l’efficacité du transport des électrons permettrait d’augmenter la quantité d’électricité captée à partir de l’énergie osmotique. Partant de ce constat, Dongdong Ye, Xingzhen Qin et leurs collègues ont conçu une membrane semi-perméable à partir de matériaux écologiques, dans le but de minimiser la résistance interne et de maximiser la puissance de sortie.

Le prototype de membrane RED des chercheurs contenait des canaux séparés (c’est-à-dire découplés) pour le transport des ions et des électrons. Pour ce faire, ils ont intercalé un hydrogel de cellulose chargé négativement (pour le transport des ions) entre des couches d’un polymère organique électriquement conducteur appelé polyaniline (pour le transport des électrons).

Les premiers tests ont confirmé leur théorie selon laquelle des canaux de transport découplés entraînaient une conductivité ionique plus élevée et une résistivité plus faible par rapport aux membranes homogènes fabriquées à partir des mêmes matériaux. Dans un réservoir d’eau simulant un environnement estuarien, leur prototype a atteint une densité de puissance de sortie 2,34 fois supérieure à celle d’une membrane RED commerciale et a maintenu ses performances pendant 16 jours de fonctionnement ininterrompu, démontrant ainsi ses performances stables à long terme sous l’eau.

Une membrane améliorée (ligne jaune) a permis d’augmenter considérablement la puissance osmotique obtenue à partir de gradients de sel, comme ceux que l’on trouve dans les estuaires où l’eau salée (réservoir de gauche) rencontre l’eau douce (réservoir de droite). Crédit : Adapted from ACS Energy Letters 2024

Des applications concrètes à portée de main

Lors d’un test final, l’équipe a créé une batterie au sel composée de 20 de leurs membranes RED et a généré suffisamment d’électricité pour alimenter individuellement une calculatrice, une lampe LED et un chronomètre. Ces résultats ouvrent la voie à de nombreuses applications pratiques de cette technologie novatrice.

Ye, Qin et les membres de leur équipe affirment que leurs découvertes élargissent la gamme de matériaux écologiques pouvant être utilisés pour fabriquer des membranes RED et améliorent les performances de récolte de l’énergie osmotique, rendant ces systèmes plus adaptés à une utilisation dans le monde réel.

En synthèse

Cette étude met en lumière le potentiel considérable de l’énergie osmotique, une source d’énergie renouvelable et respectueuse de l’environnement, encore peu exploitée à ce jour. Grâce à la mise au point d’une membrane semi-perméable innovante, les chercheurs ont démontré qu’il était possible d’améliorer significativement les performances de récolte de cette énergie, ouvrant ainsi la voie à de nombreuses applications pratiques. Ces travaux prometteurs pourraient contribuer à relever les défis énergétiques auxquels notre société est confrontée, tout en préservant les ressources naturelles de notre planète.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’énergie osmotique ?

L’énergie osmotique est une forme d’énergie renouvelable qui peut être générée partout où des gradients de salinité sont présents, comme dans les estuaires où l’eau douce des rivières rencontre l’eau salée de la mer. Elle est produite par les différences de pression causées par le gradient de salinité entre ces deux types d’eau.

Comment fonctionne une membrane d’électrodialyse inverse (RED) ?

Une membrane RED agit comme une «batterie au sel» en générant de l’électricité à partir des différences de pression causées par le gradient de salinité. Les ions chargés positivement de l’eau de mer, tels que le sodium, traversent le système jusqu’à l’eau douce, augmentant ainsi la pression sur la membrane. En parallèle, les électrons circulent dans la direction opposée à celle des ions, créant ainsi un courant électrique.

Quelles sont les innovations apportées par la nouvelle membrane RED ?

Le prototype de membrane RED mis au point par les chercheurs contient des canaux séparés pour le transport des ions et des électrons, ce qui permet d’obtenir une conductivité ionique plus élevée et une résistivité plus faible par rapport aux membranes homogènes classiques. De plus, cette membrane est fabriquée à partir de matériaux écologiques, minimisant ainsi son impact environnemental.

Quelles sont les performances de cette nouvelle membrane RED ?

Lors de tests en laboratoire, le prototype de membrane RED a atteint une densité de puissance de sortie 2,34 fois supérieure à celle d’une membrane RED commerciale et a maintenu ses performances pendant 16 jours de fonctionnement ininterrompu, démontrant ainsi ses performances stables à long terme sous l’eau.

Quelles sont les perspectives d’application de cette technologie ?

Les résultats prometteurs obtenus par les chercheurs ouvrent la voie à de nombreuses applications pratiques de cette technologie novatrice. En améliorant les performances de récolte de l’énergie osmotique, cette membrane RED innovante pourrait contribuer à relever les défis énergétiques auxquels notre société est confrontée, tout en préservant les ressources naturelles de notre planète.

Références

Ye, D., Qin, X., et al. (2024). Decoupled Ion and Electron Transport Channels in Reverse Electrodialysis Membranes for Efficient Osmotic Energy Harvesting. ACS Energy Letters. 10.1021/acsenergylett.4c00320

Traquer les particules à haute énergie : le défi des détecteurs du Surrey

il y a 2 jours
Recherche, Techno
21 Vus
Traquer les particules à haute énergie : le défi des détecteurs du Surrey

Les détecteurs de particules sont des outils essentiels pour comprendre les réactions nucléaires qui se produisent au cœur des étoiles. Ces réactions sont à l’origine de la formation de la plupart des éléments chimiques présents dans l’univers, tels que l’or, l’oxygène et le fer. Pour en savoir plus sur leur origine, les scientifiques ont besoin d’une compréhension approfondie de la façon dont ces réactions se déroulent.

L’Université du Surrey, au Royaume-Uni, travaille actuellement sur le développement de détecteurs capables d’arrêter des particules à très haute énergie et de mesurer la vitesse à laquelle les réactions se produisent à l’intérieur des étoiles. Ce projet, nommé FAUST (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe and the US Trap), est financé à hauteur de 3,4 millions de livres sterling par le Science and Technology Facilities Council (STFC) de UK Research and Innovation (UKRI).

Les détecteurs développés dans le cadre de ce projet seront intégrés au nouveau réseau de détection de rayons gamma GRETA, qui fait partie de l’accélérateur de particules FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) de l’Université d’État du Michigan, aux États-Unis. Cet accélérateur, d’un coût de 730 millions de dollars, permettra d’étudier les réactions nucléaires avec une précision inégalée.

Un défi technologique de taille

Ralentir des particules se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière représente un véritable défi technologique. Cependant, le professeur Gavin Lotay, responsable du Research Excellence Framework pour la physique à l’École de mathématiques et de physique de l’Université du Surrey, se montre confiant quant à la capacité de son équipe et de ses partenaires à relever ce défi.

Les résultats de ces recherches pourraient un jour aider à percer les mystères des réactions qui se produisent au cœur des étoiles et qui sont à l’origine de la formation de tous les éléments présents sur Terre et dans l’univers. « Il est incroyable de penser que des réactions impliquant de minuscules noyaux, invisibles à l’œil nu, déterminent la façon dont une étoile explose », souligne le professeur Gavin Lotay.

Une collaboration internationale pour des découvertes majeures

Pour étudier ces réactions, les scientifiques projetteront des faisceaux d’isotopes rares à grande vitesse sur différentes formes de cibles en plastique. .

Les particules seront mesurées par une combinaison de détecteurs au silicium, fournis par Micron Semiconductor Ltd., basée dans le West Sussex, et de cristaux d’iodure de césium, développés par des collègues de l’Université de York. Le laboratoire STFC Daresbury, situé dans le Cheshire, apportera un soutien technique important à ce projet.

La Dr Alexandra Gade, directrice scientifique du FRIB et professeure de physique à l’Université d’État du Michigan, se réjouit d’accueillir le projet FAUST et les recherches associées au sein de l’accélérateur FRIB. «Cette collaboration internationale permettra de répondre à des questions fondamentales sur l’évolution de l’univers et la nature de la force nucléaire», souligne-t-elle.

Un projet à long terme pour des résultats prometteurs

Le dispositif devrait être achevé en 2028 et fonctionner pendant au moins dix ans. Les résultats de ces recherches pourraient avoir des implications majeures pour notre compréhension de l’univers et de la formation des éléments chimiques.

Ce projet ambitieux témoigne de l’engagement de la communauté scientifique internationale à repousser les limites de la connaissance et à explorer les mystères les plus profonds de l’univers. Les détecteurs développés dans le cadre du projet FAUST pourraient bien ouvrir la voie à des découvertes majeures dans les années à venir.

Micro-réseaux : une solution face aux cyberattaques et intempéries ?

il y a 3 jours
Electricité, Energie
41 Vus
Micro-réseaux : une solution face aux cyberattaques et intempéries ?

L’intégration des énergies renouvelables au réseau électrique soulève de nombreuses problématiques liées à l’internet des objets. Les chercheurs de l’Iowa State University, en collaboration avec des partenaires universitaires et industriels, s’attaquent à ces défis en créant un nouveau centre de cybersécurité dédié à la protection des réseaux électriques intégrant des ressources énergétiques distribuées et des micro-réseaux.

Comme le souligne Manimaran Govindarasu, professeur distingué Anson Marston en ingénierie à l’Iowa State University, «tout est connecté» dans le domaine de l’énergie. Les onduleurs solaires et les contrôleurs de parcs éoliens sont reliés à internet, exposant ainsi les ressources énergétiques réparties sur le territoire à de potentielles cyberattaques. Ces dernières pourraient interrompre la transmission d’électricité, voire provoquer des pannes généralisées.

Face à cette menace, le Département de l’Énergie des États-Unis (DOE) a accordé une subvention de 2,5 millions de dollars sur deux ans à un projet dirigé par des ingénieurs de l’Iowa State University. Les partenaires du projet apporteront également 1 million de dollars en financement de contrepartie, comprenant les coûts d’équipement et de main-d’œuvre.

CyDERMS, un centre dédié à la cybersécurité des réseaux électriques

Ce financement permettra de créer un nouveau centre de cybersécurité basé à l’Iowa State University, baptisé CyDERMS (Center for Cybersecurity and Resiliency of DERs and Microgrids-integrated Distribution Systems). Les DER (ressources énergétiques distribuées) désignent les parcs éoliens, les installations solaires ou encore les technologies de stockage d’énergie. Les micro-réseaux sont des systèmes locaux de DER pouvant être connectés ou isolés du réseau principal. La possibilité de fermer ou d’isoler les connexions au réseau peut contribuer à maintenir le service en cas de cyberattaques ou d’intempéries destructrices.

Le DOE a récemment annoncé l’octroi de 15 millions de dollars de subventions pour établir six centres universitaires chargés de répondre aux besoins spécifiques d’une région en matière de cybersécurité et de formation de la main-d’œuvre. Outre l’Iowa State University, les campus principaux des autres centres seront situés dans le Connecticut, en Floride, en Illinois, en Pennsylvanie et au Texas.

Collaboration entre universités, laboratoires nationaux et industriels

Le centre CyDERMS sera dirigé par Manimaran Govindarasu, également professeur Murray J. et Ruth M. Harpole en génie électrique et informatique et scientifique principal au Laboratoire national Ames du DOE. Quatre autres chercheurs de l’Iowa State University seront également affiliés au centre.

L’équipe du projet comprendra en outre des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, de l’Université du Minnesota Twin Cities, de la Michigan Technological University, de GE Vernova, du Laboratoire national d’Argonne et du Laboratoire national des énergies renouvelables.

Le conseil consultatif industriel du centre comprend des représentants de la Central Iowa Power Cooperative, de Xcel Energy Inc., de Hubbell Inc., de Hitachi Energy et de MITRE.

2 objectifs majeurs : protéger les réseaux et former la main-d’œuvre

Selon Manimaran Govindarasu, CyDERMS poursuit deux objectifs principaux. Premièrement, les chercheurs du centre protégeront les réseaux électriques contenant des parcs éoliens et solaires ainsi que des micro-réseaux en développant des algorithmes informatiques robustes et d’autres outils permettant de détecter et d’atténuer les cyberattaques et les défaillances du système en temps réel. Ils utiliseront des outils d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique pour aider à détecter les problèmes de réseau et les activités malveillantes.

Deuxièmement, ils renforceront la main-d’œuvre du secteur de la cybersécurité des réseaux en développant des modules de formation, des projets de conception, des concours de cyber-défense ainsi que des ateliers pratiques destinés aux employés de l’industrie et des services publics, y compris dans les zones rurales.

« Il s’agira d’un centre de recherche universitaire sur la cybersécurité des énergies renouvelables sur le réseau de distribution », explique Manimaran Govindarasu. “Nous travaillerons avec l’industrie locale dans l’Iowa, le Minnesota, l’Illinois et le Michigan pour comprendre et répondre aux besoins de l’industrie locale. C’est l’accent mis ici.”

Le défi est de taille, car les ressources renouvelables sont réparties dans les villes, les villages et les zones rurales du Midwest. « Il y a des contrôleurs et des onduleurs partout », souligne Manimaran Govindarasu. « Il y a des parcs éoliens, des installations solaires sur les toits, des centrales solaires communautaires et des centrales solaires de services publics. Les possibilités d’attaque sont énormes par rapport à un réseau conventionnel. »

Légende illustration : Un nouveau centre de cybersécurité basé dans l’État de l’Iowa aidera le secteur de l’électricité à protéger les ressources énergétiques distribuées, telles que les parcs éoliens et solaires, contre les problèmes et les attaques du réseau. Crédit : Christopher Gannon/Iowa State University.

Manipuler la géométrie quantique : le futur de la spintronique ?

il y a 3 jours
Quantique, Techno
35 Vus
Manipuler la géométrie quantique : le futur de la spintronique ?

Les chercheurs de l’Université de Tohoku et de l’Agence japonaise de l’énergie atomique ont développé des expériences et des théories fondamentales pour manipuler la géométrie de “l’univers électronique”, qui décrit la structure des états quantiques électroniques d’une manière mathématiquement similaire à l’univers réel, dans un matériau magnétique dans des conditions ambiantes.

La propriété géométrique étudiée, à savoir la métrique quantique, a été détectée comme un signal électrique distinct de la conduction électrique ordinaire. Cette percée révèle la science quantique fondamentale des électrons et ouvre la voie à la conception de dispositifs spintroniques innovants utilisant la conduction non conventionnelle émergeant de la métrique quantique.

La conduction électrique, cruciale pour de nombreux dispositifs, suit la loi d’Ohm : un courant répond proportionnellement à la tension appliquée. Mais pour réaliser de nouveaux dispositifs, les scientifiques ont dû trouver un moyen d’aller au-delà de cette loi. C’est là qu’intervient la mécanique quantique. Une géométrie quantique unique connue sous le nom de métrique quantique peut générer une conduction non ohmique.

Cette métrique quantique est une propriété inhérente au matériau lui-même, ce qui suggère qu’il s’agit d’une caractéristique fondamentale de la structure quantique du matériau.

Le terme «métrique quantique» s’inspire du concept de “métrique” en relativité générale, qui explique comment la géométrie de l’univers se déforme sous l’influence de forces gravitationnelles intenses, comme celles qui entourent les trous noirs. De même, dans la poursuite de la conception d’une conduction non ohmique dans les matériaux, la compréhension et l’exploitation de la métrique quantique deviennent impératives.

Cette métrique décrit la géométrie de «l’univers électronique», analogue à l’univers physique. Plus précisément, le défi consiste à manipuler la structure de la métrique quantique dans un seul dispositif et à discerner son impact sur la conduction électrique à température ambiante.

La percée des chercheurs révèle la science quantique fondamentale des électrons et ouvre la voie à la conception de dispositifs spintroniques innovants. Crédit: Tohoku University

L’équipe de recherche a rapporté une manipulation réussie de la structure de la métrique quantique à température ambiante dans une hétérostructure en couche mince comprenant un aimant exotique, Mn3Sn, et un métal lourd, Pt. Mn3Sn présente une texture magnétique essentielle lorsqu’il est adjacent à Pt, qui est drastiquement modulée par un champ magnétique appliqué.

Ils ont détecté et contrôlé magnétiquement une conduction non ohmique appelée effet Hall de second ordre, où la tension répond orthogonalement et quadratiquement au courant électrique appliqué. Grâce à une modélisation théorique, ils ont confirmé que les observations peuvent être exclusivement décrites par la métrique quantique.

Jiahao Han, auteur principal de cette étude, a expliqué : «Notre effet Hall de second ordre provient de la structure de la métrique quantique qui se couple avec la texture magnétique spécifique à l’interface Mn3Sn/Pt. Par conséquent, nous pouvons manipuler de manière flexible la métrique quantique en modifiant la structure magnétique du matériau par des approches spintroniques et vérifier cette manipulation dans le contrôle magnétique de l’effet Hall de second ordre.»

Yasufumi Araki, principal contributeur à l’analyse théorique, a ajouté : «Les prédictions théoriques posent la métrique quantique comme un concept fondamental qui relie les propriétés des matériaux mesurées dans les expériences aux structures géométriques étudiées en physique mathématique. Cependant, la confirmation de ses preuves dans les expériences est restée un défi. J’espère que notre approche expérimentale de l’accès à la métrique quantique fera progresser ces études théoriques.»

Le chercheur principal Shunsuke Fukami a conclu : «Jusqu’à présent, on croyait que la métrique quantique était inhérente et incontrôlable, un peu comme l’univers, mais nous devons maintenant changer cette perception. Nos résultats, en particulier le contrôle flexible à température ambiante, peuvent offrir de nouvelles opportunités pour développer des dispositifs fonctionnels tels que des redresseurs et des détecteurs à l’avenir.»

Cette étude ouvre de nouvelles perspectives passionnantes dans le domaine de la spintronique et de la science quantique fondamentale des électrons. La manipulation de la géométrie de «l’univers électronique» pourrait conduire à des avancées significatives dans la conception de dispositifs innovants exploitant les propriétés quantiques de la matière.

Article : “Room-temperature flexible manipulation of the quantum-metric structure in a topological chiral antiferromagnet” – DOI:10.1038/s41567-024-02476-2

L’oxyde de cuivre, le nouveau rival du silicium ?

il y a 3 jours
Industrie technologie, Techno
64 Vus
L'oxyde de cuivre, le nouveau rival du silicium ?

Les chercheurs ont découvert une nouvelle méthode pour optimiser les matériaux utilisés dans la production d’hydrogène vert, un carburant durable et propre. Cette avancée pourrait contribuer à accélérer la transition énergétique et à réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.

Des matériaux abondants et non toxiques

L’équipe de recherche, dirigée par l’Université de Cambridge, développe des semi-conducteurs peu coûteux capables de capter la lumière du soleil pour alimenter des dispositifs qui convertissent l’eau en hydrogène. Ces matériaux, appelés oxydes de cuivre, sont abondants et non toxiques, mais leurs performances restent inférieures à celles du silicium, qui domine actuellement le marché des semi-conducteurs.

Cependant, les chercheurs ont découvert qu’en faisant croître les cristaux d’oxyde de cuivre dans une orientation spécifique, permettant aux charges électriques de se déplacer en diagonale, ces dernières se déplacent beaucoup plus rapidement et sur de plus grandes distances, améliorant ainsi considérablement les performances.

Une amélioration significative des performances

Les tests réalisés sur une photocathode à base d’oxyde de cuivre, fabriquée selon cette technique, ont montré une amélioration de 70% par rapport aux photocathodes à base d’oxyde les plus performantes actuellement disponibles, tout en affichant une stabilité nettement améliorée.

Selon les chercheurs, ces résultats démontrent comment des matériaux peu coûteux pourraient être optimisés pour contribuer à la transition vers des carburants propres et durables, pouvant être stockés et utilisés avec les infrastructures énergétiques existantes.

Un défi majeur pour les oxydes de cuivre

Le Dr Linfeng Pan, co-premier auteur de l’étude, explique que l’un des principaux défis des oxydes de cuivre réside dans la différence entre la profondeur d’absorption de la lumière et la distance parcourue par les charges électriques au sein du matériau. Ainsi, une grande partie de l’oxyde situé sous la couche supérieure du matériau est essentiellement inutilisée.

Le professeur Sam Stranks, qui a dirigé la recherche, souligne que contrairement à la plupart des matériaux utilisés dans les cellules solaires, où les défauts de surface réduisent les performances, dans le cas des oxydes de cuivre, c’est l’inverse : la surface est globalement correcte, mais quelque chose dans la structure interne entraîne des pertes. Cela signifie que la façon dont les cristaux sont cultivés est essentielle pour leurs performances.

Une orientation cristalline “magique”

En utilisant des techniques de dépôt en couche mince, les chercheurs ont réussi à faire croître des films d’oxyde de cuivre de haute qualité à pression ambiante et à température ambiante. En contrôlant précisément les taux de croissance et de flux dans la chambre, ils ont pu «orienter» les cristaux dans une direction particulière.

Le Dr Pan explique que ces cristaux sont essentiellement des cubes, et que lorsque les électrons se déplacent à travers le cube en diagonale, plutôt que le long de la face ou de l’arête du cube, ils parcourent une distance dix fois supérieure. Plus les électrons se déplacent loin, meilleures sont les performances.

Le professeur Stranks qualifie cette direction diagonale de «magique» dans ces matériaux, tout en soulignant la nécessité de poursuivre les recherches pour comprendre pleinement ce phénomène et l’optimiser davantage.

Vers un rôle crucial dans la transition énergétique

Bien que de nombreux travaux de recherche et de développement soient encore nécessaires, les chercheurs estiment que cette famille de matériaux et les familles apparentées pourraient jouer un rôle essentiel dans la transition énergétique.

Le professeur Stranks conclut en soulignant que même s’il reste encore un long chemin à parcourir, cette découverte ouvre des perspectives passionnantes. Il est intéressant pour lui de relier la physique de ces matériaux à leur croissance, leur formation et, en fin de compte, leurs performances.

Article : “High carrier mobility along the [111] orientation in Cu2O photoelectrodes” – DOI: 10.1038/s41586-024-07273-8

L’impression 3D transforme la fabrication des pales d’éoliennes

il y a 3 jours
Eolien, Renouvelable
73 Vus
L'impression 3D transforme la fabrication des pales d'éoliennes

L’énergie éolienne est devenue une source d’énergie renouvelable majeure aux États-Unis, dépassant même l’hydroélectricité. Cependant, la fabrication et le transport des pales d’éoliennes posent encore des défis en termes de durabilité et de coûts. Une équipe de chercheurs de Virginia Tech travaille sur des solutions innovantes pour rendre cette source d’énergie encore plus durable et accessible.

Une nouvelle approche de fabrication des pales d’éoliennes

Grâce à une subvention de 2 millions de dollars du Département de l’Énergie, les chercheurs de Virginia Tech développent de nouveaux procédés de fabrication additive, de conception computationnelle et utilisent un matériau thermoplastique recyclable et à haute résistance. L’équipe, dirigée par les professeurs Chris Williams et Michael Bortner, vise à réduire considérablement les déchets, à éliminer les matériaux dangereux et à permettre l’impression 3D de pales d’éoliennes entièrement recyclables.

Pour atteindre cet objectif, l’équipe combine trois innovations clés : l’impression robotisée de grands objets à l’aide d’une nouvelle technologie créée dans le laboratoire DREAMS, l’utilisation de techniques d’optimisation de conception uniques pour améliorer la résistance et l’efficacité des matériaux imprimés, et l’emploi d’un nouveau composite polymère entièrement recyclable, fourni par l’équipe du professeur Bortner.

Des améliorations environnementales pour l’avenir

Actuellement, les pales d’éoliennes sont fabriquées dans des installations de production hors site, nécessitant de longs délais et un transport coûteux. La nouvelle technologie d’impression développée par l’équipe pourrait un jour permettre de produire de grandes pales d’éoliennes à proximité du site d’installation, éliminant ainsi les défis liés à leur transport.

(De gauche à droite) Tadeusz Kosaml et Isaac Rogers examinent les trajectoires de mouvement multi-axes pour l’impression 3D robotisée. Photo de Clark Dehart pour Virginia Tech.

De plus, les matériaux utilisés dans la construction des pales jouent un rôle essentiel dans leurs performances et leur durabilité. Le nouveau procédé éliminera l’utilisation de matériaux dangereux dans la fabrication, rendant les pales réutilisables. Comme l’explique le professeur Bortner, «nous avons une conception de matériau innovante qui, lorsqu’elle est traitée par impression 3D, produit non seulement les propriétés traditionnellement utilisées pour fabriquer les pales d’éoliennes, mais est également entièrement recyclable».

Une collaboration interdisciplinaire pour un succès à grande échelle

L’équipe de recherche collabore avec plusieurs groupes de l’industrie éolienne, notamment le National Renewable Energy Laboratory (NREL) et TPI Composites, pour s’assurer que leur recherche a une pertinence industrielle. Le Stability Wind Tunnel de Virginia Tech sera utilisé pour effectuer des mesures aéroacoustiques des pales d’éoliennes imprimées.

Cette collaboration interdisciplinaire vise à traduire les résultats de la recherche dans les installations des partenaires industriels et à évaluer les matériaux et les trajectoires d’impression robotisée optimisées sur leurs grandes plateformes de fabrication additive robotisée. L’objectif final est de produire des pales d’éoliennes sur site dans les parcs éoliens à travers les États-Unis, rendant ainsi l’énergie éolienne plus durable et accessible.

Légende illustration : Alex Ryan (à gauche) et Cameron Jordan (à droite) travaillent dans le laboratoire DREAMS avec Chris Williams qui explique les multiples aspects d’une grande imprimante 3D à bras robotique multi-axes.

Zap Energy atteint 37 millions de degrés dans son dispositif de fusion FuZE

il y a 3 jours
Fusion, Techno
76 Vus
Zap Energy atteint 37 millions de degrés dans son dispositif de fusion FuZE

La fusion nucléaire, source d’énergie propre et inépuisable, suscite l’intérêt des scientifiques depuis des décennies. Parmi les différentes approches explorées, la technologie développée par Zap Energy se distingue par sa simplicité et son efficacité. Leurs récents résultats, publiés dans la revue Physical Review Letters, marquent une étape cruciale vers la production d’énergie de fusion à l’échelle commerciale.

Un plasma de fusion à des températures record

L’expérience Fusion Z-pinch (FuZE) de Zap Energy a réussi à générer un plasma de fusion avec des températures électroniques comprises entre 11 et 37 millions de degrés Celsius. Cette prouesse a été réalisée dans un dispositif de taille modeste, démontrant ainsi l’efficacité de leur approche unique, connue sous le nom de Z pinch stabilisé par écoulement cisaillé.

Ben Levitt, vice-président de la R&D chez Zap, souligne l’importance de ces résultats : « Ce sont des mesures méticuleuses et sans équivoque, réalisées sur un dispositif d’une échelle incroyablement modeste par rapport aux normes traditionnelles de la fusion. Nous avons encore beaucoup de travail devant nous, mais nos performances à ce jour nous ont permis de nous hisser au niveau des dispositifs de fusion les plus réputés au monde, avec une grande efficacité et à une fraction de la complexité et du coût. »

FuZE est le dispositif le plus simple, le plus petit et le moins coûteux à avoir atteint des températures d’électrons de fusion supérieures à 30 millions de degrés, offrant la possibilité d’un système d’énergie de fusion plus pratique et plus rentable que les autres approches.

Une technologie basée sur le Z pinch

La technologie de Zap Energy repose sur un schéma simple de confinement du plasma appelé Z pinch, où de forts courants électriques sont canalisés à travers un mince filament de plasma. Le plasma conducteur génère ses propres champs électromagnétiques, qui le chauffent et le compriment.

Bien que la fusion par Z pinch ait fait l’objet d’expériences depuis les années 1950, cette approche a longtemps été freinée par la courte durée de vie des plasmas. Zap a résolu ce problème en appliquant un écoulement dynamique à travers le plasma, un processus appelé stabilisation par écoulement cisaillé.

Zap Energy construit une plateforme d’énergie de fusion peu coûteuse, compacte et évolutive qui confine et comprime le plasma sans avoir recours à des bobines magnétiques coûteuses et complexes. La technologie Z-pinch de Zap, stabilisée par un flux cisaillé, offre une économie de fusion convaincante et nécessite des ordres de grandeur de capitaux moindres que les approches conventionnelles. Zap Energy compte plus de cent membres d’équipe dans deux installations près de Seattle et est soutenue par des investisseurs financiers et stratégiques de premier plan.

Uri Shumlak, cofondateur et directeur scientifique de Zap Energy, explique : « Les résultats présentés dans cet article et les tests supplémentaires que nous avons effectués depuis, dressent un tableau positif d’un plasma de fusion avec une marge de progression vers un gain d’énergie. En travaillant à des courants plus élevés, nous constatons toujours que l’écoulement cisaillé prolonge la durée de vie du Z pinch suffisamment longtemps pour produire des températures très élevées et les rendements neutroniques associés que nous prédirions à partir de la modélisation. »

Des mesures de haute précision

Les températures rapportées dans l’article ont été mesurées par une équipe de collaborateurs extérieurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD), experts dans une technique de mesure du plasma appelée diffusion Thomson. Pour réaliser cette mesure, les scientifiques utilisent un laser très lumineux et très rapide pour tirer une impulsion de lumière verte dans le plasma, qui se disperse sur les électrons et fournit des informations sur leur température et leur densité.

Ben Levitt souligne l’importance de cette collaboration : « Nous sommes particulièrement reconnaissants à l’équipe de collaboration pour le travail qu’elle a accompli afin de nous aider à recueillir ces données et à affiner une technique de mesure essentielle pour nous. »

Les températures sont mesurées en envoyant une impulsion très rapide et très brillante de lumière laser verte dans le plasma, qui se disperse sur les électrons et fournit des informations sur leur température et leur densité.

Une approche innovante et économique

Contrairement aux deux principales approches de la fusion qui ont fait l’objet de la majorité des recherches ces dernières décennies, la technologie de Zap ne nécessite pas d’aimants supraconducteurs coûteux et complexes, ni de lasers puissants. Benj Conway, PDG et cofondateur de Zap, ajoute : « La technologie de Zap est moins chère et plus rapide à construire que les autres dispositifs, ce qui nous permet d’itérer rapidement et de produire les neutrons de fusion thermique les moins chers du marché. Une économie d’innovation convaincante est essentielle pour lancer un produit de fusion commercial dans un délai qui compte. »

En 2022, au moment où ces résultats de FuZE ont été recueillis, Zap a mis en service son dispositif de nouvelle génération, FuZE-Q. Bien que les premiers résultats de FuZE-Q soient encore à venir, le dispositif dispose d’une banque d’énergie dix fois supérieure à celle de FuZE et d’une capacité à atteindre des températures et des densités beaucoup plus élevées. Parallèlement, le développement des systèmes de centrale électrique est également en cours.

Benj Conway conclut : «Nous avons lancé Zap en sachant que nous avions une technologie unique et en dehors du statu quo. Le fait de franchir définitivement ce seuil de haute température électronique et de voir ces résultats dans une revue de physique de premier plan est une validation majeure. Nous avons certainement de grands défis à relever, mais nous avons tous les ingrédients pour les résoudre.»

Légende illustration : Un flash lumineux provenant d’un plasma FuZE (Fusion Z-pinch Experiment).

Article : “Elevated Electron Temperature Coincident with Observed Fusion Reactions in a Sheared-Flow-Stabilized Z Pinch” – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.155101

E. coli modifiée : la solution pour réduire notre empreinte carbone

il y a 4 jours
Biomasse, Renouvelable
46 Vus
E. coli modifiée : la solution pour réduire notre empreinte carbone

Face à l’urgence climatique et à la dépendance de l’industrie chimique aux ressources fossiles, des chercheurs de l’ETH Zurich explorent de nouvelles voies pour produire des composés chimiques de manière plus durable. En s’appuyant sur des bactéries capables de métaboliser le méthanol vert, ils ouvrent la voie à une plateforme de production polyvalente et respectueuse de l’environnement.

Actuellement, l’industrie chimique dépend fortement des ressources fossiles, telles que le pétrole brut, pour produire divers composés comme les plastiques, les colorants ou les arômes artificiels.

Selon Julia Vorholt, professeure à l’Institut de microbiologie de l’ETH Zurich, « l’industrie chimique consomme globalement 500 millions de tonnes de ressources fossiles par an, soit plus d’un million de tonnes par jour ». Ces conversions chimiques étant énergivores, l’empreinte carbone réelle de l’industrie chimique est six à dix fois plus importante, représentant environ 5 % des émissions totales à l’échelle mondiale.

L’équipe de recherche de Julia Vorholt s’attelle à trouver des solutions pour réduire la dépendance de l’industrie chimique aux combustibles fossiles, en se concentrant sur les bactéries méthylotrophes, capables de se nourrir de méthanol vert.

Prélèvement d’un échantillon dans un bioréacteur contenant des bactéries méthylotrophes.

Des bactéries synthétiques optimisées pour métaboliser le méthanol

Bien qu’il existe des méthylotrophes naturels, leur utilisation industrielle reste difficile malgré des efforts de recherche considérables. L’équipe de Vorholt travaille donc avec la bactérie modèle Escherichia coli, bien connue en biotechnologie, dans le but de la doter de la capacité à métaboliser le méthanol.

Après avoir simulé les changements nécessaires à l’aide de modèles informatiques, les chercheurs ont sélectionné deux gènes à supprimer et trois nouveaux gènes à introduire. Grâce à ces modifications, les bactéries ont pu assimiler le méthanol, bien qu’en petites quantités dans un premier temps. En cultivant ces bactéries dans des conditions spéciales pendant plus d’un an, les microbes sont devenus de plus en plus efficaces, doublant leur population toutes les quatre heures en se nourrissant uniquement de méthanol.

Des mutations aléatoires bénéfiques pour optimiser le métabolisme

Plusieurs mutations survenues de manière aléatoire sont responsables de l’efficacité accrue de l’utilisation du méthanol par les bactéries synthétiques. La plupart de ces mutations ont entraîné la perte de fonction de divers gènes, permettant aux cellules d’économiser de l’énergie en abolissant des conversions chimiques superflues et en optimisant le flux métabolique.

Pour explorer le potentiel des méthylotrophes synthétiques dans la production biotechnologique de produits chimiques d’intérêt industriel, l’équipe de Vorholt a équipé les bactéries de gènes supplémentaires pour quatre voies de biosynthèse différentes. Les résultats montrent que les bactéries ont effectivement produit les composés désirés dans tous les cas, prouvant ainsi leur capacité à servir de plateforme de production polyvalente selon le principe « plug-and-play ».

Cycle de production de produits chimiques renouvelables tels que les plastiques par des bactéries utilisant le méthanol. (Graphique : ETH Zurich)

Bien que le rendement et la productivité doivent encore être significativement augmentés pour permettre une utilisation économiquement viable, cette technologie offre une alternative prometteuse aux ressources fossiles sans émettre de CO2 supplémentaire dans l’atmosphère. En utilisant uniquement du méthanol vert comme source de carbone, ces bactéries synthétiques ouvrent la voie à une production de produits chimiques renouvelables et respectueux de l’environnement.

Légende illustration : Des bactéries qui se nourrissent de méthanol et produisent des produits chimiques durables. (crédit : Sean Kilian)

Reiter MA, Bradley T, Büchel LA, Keller P, Hegedis E, Gassler T, Vorholt JA: A synthetic methylotrophic Escherichia coli as a chassis for bioproduction from methanol. Nature Catalysis, 23 April 2024, doi: 10.1038/s41929-​024-01137-0

Un nouveau microscope pour explorer l’infiniment petit

il y a 4 jours
Recherche, Techno
31 Vus
Un nouveau microscope pour explorer l'infiniment petit

Les microscopes à infrarouge moyen offrent une alternative intéressante aux techniques de microscopie traditionnelles, permettant d’étudier des échantillons vivants sans nécessiter de marquage ou d’endommagement. Leur utilisation en recherche biologique a été toutefois limitée en raison de leur résolution relativement faible.

Une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo a récemment réalisé une percée significative dans ce domaine, en développant un microscope à infrarouge moyen amélioré capable d’atteindre une résolution spatiale de 120 nanomètres, soit environ 30 fois supérieure à celle des microscopes à infrarouge moyen conventionnels.

Une avancée majeure dans la microscopie à infrarouge moyen

Les chercheurs ont utilisé une technique appelée «ouverture synthétique», qui combine plusieurs images prises sous différents angles d’illumination pour créer une image globale plus nette. Ils ont également résolu le problème de l’absorption de la lumière infrarouge par les lentilles en plaçant l’échantillon sur une plaque de silicium réfléchissant la lumière visible et transmettant la lumière infrarouge, permettant ainsi l’utilisation d’une seule lentille et une meilleure illumination de l’échantillon.

Le professeur Takuro Ideguchi, de l’Institut des sciences et technologies photoniques de l’Université de Tokyo, a indiqué : « Nous avons été surpris de la clarté avec laquelle nous pouvions observer les structures intracellulaires des bactéries. La haute résolution spatiale de notre microscope pourrait nous permettre d’étudier, par exemple, la résistance aux antimicrobiens, qui est un problème mondial. »

Des perspectives pour la recherche biomédicale

Cette avancée ouvre la voie au développement de techniques d’imagerie à infrarouge moyen encore plus précises à l’avenir. Les chercheurs estiment qu’en utilisant une meilleure lentille et une longueur d’onde plus courte de lumière visible, la résolution spatiale pourrait même descendre en dessous de 100 nanomètres.

Avec une clarté supérieure, cette technique pourrait être appliquée à l’étude de divers échantillons cellulaires pour aborder des problèmes biomédicaux fondamentaux et appliqués. Cette percée dans la microscopie à infrarouge moyen promet de nouveaux horizons pour la recherche sur les maladies infectieuses et d’autres domaines connexes.

Miu Tamamitsu, Keiichiro Toda, Masato Fukushima, Venkata Ramaiah Badarla, Hiroyuki Shimada, Sadao Ota, Kuniaki Konishi, and Takuro Ideguchi. Mid-infrared wide-field nanoscopy. Nature Photonics.

Article: “Mid-infrared wide-field nanoscopy” – DOI: 10.1038/s41566-024-01423-0

Matériaux 2D magnétiques et hydrogène : un duo prometteur

il y a 4 jours
Matériaux, Techno
60 Vus
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

il y a 4 jours
Industrie technologie, Techno
47 Vus
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

il y a 4 jours
Industrie énergie, Techno
52 Vus
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

il y a 5 jours
Recherche, Techno
44 Vus
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

il y a 5 jours
Hydrogène, Renouvelable
75 Vus
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

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

il y a 5 jours
Maison, Guide
31 Vus
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. 

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

il y a 5 jours
Impression, Techno
59 Vus
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 

il y a 5 jours
Solaire, Renouvelable
59 Vus
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

il y a 5 jours
Pétrole, Energie
59 Vus
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

il y a 6 jours
Isolation, Habitat
63 Vus
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

il y a 6 jours
Batterie, Techno
161 Vus
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

il y a 6 jours
Quantique, Techno
40 Vus
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

il y a 6 jours
Optique, Techno
38 Vus
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

il y a 6 jours
Laser, Techno
48 Vus
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

il y a 7 jours
Robotisation, Techno
36 Vus
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 

il y a 7 jours
Déchets, Enviro
45 Vus
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%

il y a 1 semaine
Batterie, Techno
100 Vus
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

il y a 1 semaine
Techno, Recherche
61 Vus
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

il y a 1 semaine
Recherche, Techno
76 Vus
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

il y a 2 semaines
Quantique, Techno
66 Vus
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.