L'énergie en transition

La transition énergétique commence. Inéluctable, elle s’imposera plus ou moins rapidement selon les pays. L’énergie d’origine fossile disparaitra peu à peu pour laisser la place aux énergies renouvelables. Avec la révolution technologique qui le fera passer du minéral à l’organique, le solaire se taillera la part du lion mais le nucléaire en passant de la fission à la fusion pourrait créer la surprise.

Le photovoltaïque organique arrive

 film photovoltaïque organique d'Heliotek

Les cellules solaires en plastique arrivent...
L’énergie solaire reçue chaque année par la terre s’élève à plus de 3 millions de milliards de milliards de joules (3x1024) soit 6000 fois la totalité de la consommation actuelle d’énergie toutes sources confondues.
Actuellement la technologie qui exploite une infime fraction de cette énergie est basée sur les propriétés photovoltaïques de semi-conducteurs minéraux fabriqués avec des matériaux dérivés du silicium, de l’indium, du cadmium ou du gallium.
Depuis la première cellule photovoltaïque mise au point en 1954, le rendement de conversion de l’énergie solaire en électricité n’a cessé de s’améliorer

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Photovoltaïques tout organique

Les premiers travaux sur le sujet date de 1958. Au début les rendements sont infimes mais les chercheurs démontrent néanmoins qu’il est possible d’utiliser des matériaux organiques pour recevoir et donner des électrons en vue de créer un courant électrique. Diverses molécules organiques se révèlent intéressantes : celles de colorants usuels comme le bleu de méthylène ou celles issues directement de la nature comme les carotènes ou les chlorophylles.
En 1984 un premier polymère est trouvé pour servir de base à une cellule photovoltaïque organique, le poly(3-méthylthiophène). D’autres molécules et d’autres polymères seront trouvés. Des nanoparticules se révèleront aussi prometteuses et diverses configurations seront essayées pour optimiser la structure des cellules photovoltaïques organiques. A partir des années 2010 les rendements ont commencé de s’approcher des rendements des panneaux solaires au silicium avec un prix de revient compétitif. La commercialisation de ce type de produit pouvait alors commencer pour transformer les bâtiments industriels et commerciaux en centrales électriques avec des façades et des toitures qui produisent de l’énergie.

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Les cellules solaires à pérovskite

 impression de cellules solaires à perovskite (CSIRO)

La pérovskite est un cristal de synthèse dont la structure est calquée sur celle décrite pour le titanate de calcium par le minéralogiste russe Lev Perovski.
En 2006, le japonais Tsutomu Miyasaka fut le premier a montré qu’un composé organométalique ayant un structure de pérovskite pouvait être une base pour les cellules photovoltaïque. Ses premiers essais avec un pigment intégré dans une perovskite de iodure de plomb ne donnent qu’un rendement de 3% mais les progrès allaient être fulgurants. La barre des 10% de rendement est franchie en 2012 par une équipe de chercheurs britanniques d’Oxford. Le seuil des 20% est atteint en 2015. Le record actuel homologué par le Laboratoire national américain des énergies renouvelables (NREL) est de 23% et des milliers de chercheurs travaillent actuellement de par le monde sur ce sujet.

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L’énergie solaire : le futur de l’Afrique

 La majeure partie de l’Afrique compte environ 325 jours de fort ensoleillement par an. Selon sa localisation,  chaque km2 de terre africaine reçoit annuellement en énergie solaire l’équivalent de 1 à 1,5 millions de barils de pétrole.  Une surface carrée de 500 km de coté le Sahara, équipée de panneaux solaire suffirait à alimenter la planète entière en électricité. Compte-tenu des enjeux économiques et environnementaux la plupart des pays d’Afrique ont fait de l’électricité leur priorité. 

Au Maroc, dans la ville de Ouarzazate, la centrale Noor, lancée par le roi MohammedV, est la plus grande centrale solaire thermodynamique du monde. À perte de vue, quelque 500.000 miroirs cylindriques installés sur une surface de 450 hectares collectent les rayons du soleil et les concentrent sur un ensemble chaudière-turbines qui transforme l’énergie thermique en électricité (580 MW).

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Biopiles enzymatiques

Une pile à combustible transforme l’énergie libérée par une réaction chimique en énergie électrique. Par exemple la combustion de l’hydrogène grâce à un catalyseur comme le platine fournit une quantité importante d’électricité et ne rejette que de l’eau. La production d’électricité à partir d’hydrogène ne rejette alors aucun gaz à effet de serre.
Les biopiles, comme les piles à combustibles, transforment l’énergie libérée par une réaction chimique en énergie électrique mais elles n’utilisent que des produits naturels. Elles n’ont pas besoin de recourir à des catalyseurs minéraux tels le platine, le manganèse ou d’autre métaux rares et potentiellement polluants et elles peuvent puiser leurs matières premières dans le milieu ambiant.
Des chercheurs français [1] de l’Université Joseph Fourier de Grenoble ont ainsi inventé une biopile à glucose implantable dans le corps humain. Cette biopile dotée d’un enzyme catalyseur produit de l’électricité à partir du glucose et de l’oxygène dissous dans le sang.

Cette invention ouvre des perspectives considérables pour le secteur de l'instrumentation médicale.

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Biopiles microbiennes

Si les enzymes permettent de réaliser des biopiles particulièrement ciblées pour certains usages, les piles à combustible utilisant les micro-organismes au lieu d’enzymes offrent un autre champ d’applications.
Dès les années 1960 la NASA s’est intéressée aux piles à combustibles microbiennes reprenant les travaux de Michael Cresse Potter qui dès 1911 observait que de l’énergie électrique peut être libérée lors de la désintégration microbienne des composés organiques et ceux de l’équipe du Dr Cohen qui, en 1931, réussi à générer des tensions de plus de 35 V à partir de batteries microbiennes mises en série [1]. Pour la NASA il s’agissait de produire de l’électricité à partir des déchets organiques des vols spatiaux.

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biopiles photovoltaïques

Une équipe de chercheurs britanniques vient de réaliser une pile bio-photovoltaïque en utilisant une simple imprimante à jet d'encre [1].
Cette pile exploite la capacité photosynthétique des cyanobactéries pour transformer l’énergie solaire en électricité. Pour mémoire, rappelons que les cyanobactéries sont à l’origine de la formation de l’oxygène de l'atmosphère terrestre grâce à leur capacité de photosynthèse.


biopile photovoltaïque imprimée
(cyanobactéries en vert)

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A propos

Animé par Jacques Carles et Michel Granger, tous deux ingénieurs et « Philosophiae Doctor » de l’Université de Montréal, ce site se propose de collecter les nombreux signaux faibles qui annoncent déjà ce que sera demain et d'analyser les grandes forces qui sont à l’œuvre en ce début de 21ème siècle. L'objectif n'est cependant pas de prévoir ce que sera l’avenir mais plus modestement d’inciter à la réflexion pour agir collectivement et maitriser notre futur au lieu de le subir.


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