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http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3009.htm Paris, 27 f¨¦vrier 2013 Energie renouvelable : des nanotubes pour tirer le meilleur de l'¨¦nergie osmotique La diff¨¦rence de salinit¨¦ entre l'eau douce et l'eau de mer est l'une des voies explor¨¦es pour obtenir de l'¨¦nergie renouvelable. N¨¦anmoins, les faibles rendements des techniques actuelles constituent un frein ¨¤ son utilisation. Ce verrou pourrait ¨ºtre en train d'¨ºtre lev¨¦. Une ¨¦quipe men¨¦e par des physiciens de l'Institut Lumi¨¨re Mati¨¨re (CNRS / Universit¨¦ Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut N¨¦el (CNRS), a d¨¦couvert une nouvelle piste pour r¨¦cup¨¦rer cette ¨¦nergie : l'¨¦coulement osmotique ¨¤ travers des nanotubes de Bore-Azote permet de g¨¦n¨¦rer un courant ¨¦lectrique g¨¦ant avec une efficacit¨¦ plus de 1 000 fois sup¨¦rieure ¨¤ celle atteinte jusqu'ici. Pour parvenir ¨¤ ce r¨¦sultat, les chercheurs ont d¨¦velopp¨¦ un dispositif exp¨¦rimental tr¨¨s original permettant, pour la premi¨¨re fois, d'¨¦tudier le transport osmotique des fluides ¨¤ travers un nanotube unique. Leurs r¨¦sultats sont publi¨¦s le 28 f¨¦vrier dans la revue Nature. Les ph¨¦nom¨¨nes osmotiques se manifestent lorsque l'on met en contact un r¨¦servoir d'eau sal¨¦e avec un r¨¦servoir d'eau douce par l'interm¨¦diaire de membranes semi-perm¨¦ables adapt¨¦es. Il est alors possible de produire de l'¨¦lectricit¨¦ ¨¤ partir des gradients salins. Ceci, de deux façons diff¨¦rentes : d'un côt¨¦, la diff¨¦rence de pression osmotique entre les deux r¨¦servoirs peut faire tourner une turbine ; de l'autre, l'utilisation de membranes qui ne laissent passer que les ions permet de produire un courant ¨¦lectrique. Concentr¨¦e au niveau des embouchures des fleuves, la capacit¨¦ th¨¦orique de l'¨¦nergie osmotique au niveau mondial serait d'au moins 1 T¨¦rawatt, soit l'¨¦quivalent de 1000 r¨¦acteurs nucl¨¦aires. Cependant, les technologies permettant de r¨¦cup¨¦rer cette ¨¦nergie pr¨¦sentent d'assez faibles performances, de l'ordre de 3 Watts par m¨¨tre carr¨¦ de membrane. Les physiciens de l'Institut Lumi¨¨re Mati¨¨re (CNRS / Universit¨¦ Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut N¨¦el (CNRS), pourraient ¨ºtre parvenus ¨¤ lever ce verrou. Leur but premier ¨¦tait d'¨¦tudier la dynamique de fluides confin¨¦s dans des espaces de taille nanom¨¦trique tels que l'int¨¦rieur de nanotubes. En s'inspirant de la biologie et des recherches sur les canaux cellulaires, ils sont parvenus, pour la premi¨¨re fois, ¨¤ mesurer l'¨¦coulement osmotique traversant un nanotube unique. Leur dispositif exp¨¦rimental ¨¦tait compos¨¦ d'une membrane imperm¨¦able et isolante ¨¦lectriquement. Cette membrane ¨¦tait perc¨¦e d'un trou unique par lequel les chercheurs ont fait passer, ¨¤ l'aide de la pointe d'un microscope ¨¤ effet tunnel, un nanotube de Bore-Azote de quelques dizaines de nanom¨¨tres de diam¨¨tre ext¨¦rieur. Deux ¨¦lectrodes plong¨¦es dans le liquide de part et d'autre du nanotube leur ont permis de mesurer le courant ¨¦lectrique traversant la membrane. En s¨¦parant un r¨¦servoir d'eau sal¨¦e et un r¨¦servoir d'eau douce avec cette membrane, ils ont g¨¦n¨¦r¨¦ un courant ¨¦lectrique g¨¦ant ¨¤ travers le nanotube. Celui-ci est dû ¨¤ l'importante charge n¨¦gative que pr¨¦sentent les nanotubes de Bore-Azote ¨¤ leur surface, charge qui attire les cations contenus dans l'eau sal¨¦e. L'intensit¨¦ du courant traversant le nanotube de Bore-Azote est de l'ordre du nanoamp¨¨re, soit plus de mille fois celui produit par les autres m¨¦thodes cherchant ¨¤ r¨¦cup¨¦rer l'¨¦nergie osmotique. Les nanotubes de Bore-Azote permettent donc de r¨¦aliser une conversion extr¨ºmement efficace de l'¨¦nergie contenue dans les gradients salins en ¨¦nergie ¨¦lectrique directement utilisable. En extrapolant ces r¨¦sultats ¨¤ une plus grande ¨¦chelle, une membrane de 1 m¨¨tre carr¨¦ de nanotubes de Bore-Azote aurait une capacit¨¦ d'environ 4 kW et serait capable de g¨¦n¨¦rer jusqu'¨¤ 30 MegaWatts.heure 1 par an. Ces performances sont trois ordres de grandeur au-dessus de celles des prototypes de centrales osmotiques en service aujourd'hui. Les chercheurs veulent ¨¤ pr¨¦sent ¨¦tudier la fabrication de membranes compos¨¦es de nanotubes de Bore-Azote, et tester les performances de nanotubes de composition diff¨¦rente. Ces travaux ont notamment b¨¦n¨¦fici¨¦ des soutiens de l'ERC et de l'ANR. Sch¨¦ma de principe de l'exp¨¦rience : le transport osmotique de l'eau ¨¤ travers un nanotube de Bore-Azote transmembranaire est ¨¦tudi¨¦ A gauche : Insertion d'un nanotube de Bore-Azote dans un trou de 150nm de diam¨¨tre grace ¨¤ un nanomanipulateur. A droite : Image en microscopie ¨¦lectronique d'un nanotube ins¨¦r¨¦ dans une membrane (transparente en imagerie ¨¦lectronique), selon le sch¨¦ma de principe propos¨¦ pour l'exp¨¦rience. Insertion ¨¦tape par ¨¦tape d'un nanotube dans un trou de 150nm de diam¨¨tre. Notes : 1 Un Watt.heure correspond ¨¤ l'¨¦nergie consomm¨¦e ou d¨¦livr¨¦e par un syst¨¨me d'une puissance de 1 Watt pendant une heure. R¨¦f¨¦rences : Giant osmotic energy conversion measured in a single transmembrane boron-nitride nanotube, Alessandro Siria, Philippe Poncharal, Anne-Laure Biance, R¨¦my Fulcrand, Xavier Blase, Stephen Purcell, and Lyd¨¦ric Bocquet, Nature. 28 f¨¦vrier 2013. [ Last edited by hakuna on 2013-4-20 at 20:18 ]

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