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Technologies et politique. La course aux accumulateurs électriques économiques
Jean-Paul Baquiast 05/08/2015

La demande en produits susceptibles de stocker l'électricité, nommés accumulateurs, batteries ou piles selon la taille, ne cesse de grandir. Une course est actuellement engagée entre la capacité de stockage, le poids, la taille et le prix. Il n'est pas possible d'obtenir aujourd'hui les quatre à la fois.

Dans cette course, les batteries au lithium (lithium ions) tiennent actuellement la tête. Elles remplacent progressivement les batteries au plomb-acide, universellement encore utilisées par l'industrie automobile, et celles au nickel, associé au cadmium ou à d'autres métaux. Elles sont apparues d'abord dans les divers portables fabriqués par l'électronique actuelle, pour s'étendre à d'autres usages nécessitant des accumulateurs plus légers à forte capacité. Les batteries au lithium représentent dorénavant le tiers en valeur des batteries rechargeables et le 6e du total de l'énergie stockée.

L'avantage de ces batteries tient d'abord au gain de poids, à capacité de stockage égales. De plus, leurs performances ont été sensiblement accrues. De ce fait, elles intéresseront de plus en plus l'industrie automobile, dans le domaine des véhicules totalement ou partiellement électriques comme le Modèle S proposé par Tesla Motors. Celle-ci utilise des milliers de petites batteries au lithium installées entre les essieux.

Mais elles ne sont pas sans inconvénients, notamment leur propension à s'échauffer et à prendre feu, particulièrement dans le cas de surcharge, comme Sony et Boeing, avec son Dreamliner l'ont récemment expérimenté. Plus difficiles à résoudre sont les problèmes tenant au fait qu'elles approchent dorénavant les limites électrochimiques de leurs capacités de stockage, les rendant impropres à un usage à grande échelle, comme le serait celui résultant de la généralisation des véhicules électriques. Les utilisateurs demanderont en effet de pouvoir recharger les batteries en 2 ou 3 heures, et rouler sans recharge pendant au moins 600 km.

D'autres solutions au lithium sont à l'étude actuellement, pour profiter du faible poids de ce métal. Notamment le lithium-soufre, moins inflammables et aux capacités accrues. Mais les vraies solutions pourront provenir de l'appel à d'autres composants que le lithium. Celui-ci n'est pas rare dans la nature, mais en termes géopolitiques, il présente l'inconvénient de n'être produit que par quelques pays, le Chili et la Bolivie notamment. Ceci donne aux pays producteurs des avantages dont ils pourraient abuser à l'avenir.

Super-ordinateurs


Assez curieusement la recherche d'autres solutions de stockage ne peut être conduite de façon systématique. Il faut faire appel à de nombreux essais-erreurs, en appariant divers sortes de matériaux et en observant le résultat. Autrement dit, la recherche est empirique.

Néanmoins, en ce domaine comme en d'autres, l'appel aux super-calculateurs facilitera la démarche. Ils pourront permettre de multiplier numériquement les combinaisons d'éléments et étudier leurs résultats avant de procéder à des essais réels. Des milliers de solutions sont ainsi actuellement étudiés, notamment, par la firme Electrolyte Genome en Californie, en collaboration avec le Berkeley National Laboratory. Un prototype utilisant des ions magnésium au lieu d'ions lithium paraît prometteur (voir référence ci-dessous).

Les laboratoires étudient également des solutions assez différentes. Il s'agira de batteries dites liquides (flow batteries), dans lesquelles des éléments organiques actifs sont dissous dans des solutions. Leur avantage ne tient pas à leurs capacités de stockage par rapport au volume et au poids, mais au prix. Elles devraient être beaucoup moins couteuses. A ce jour, 16.000 combinaisons ont fait l'objet de tests numériques.

Si des batteries économiques à forte capacité sont mises au point, elles trouveront d'innombrables utilisations dans les divers réseaux électriques (grids), notamment ceux reposant sur l'appel à des énergies renouvelables dont la production est irrégulière et imprévisible. D'importants centres de stockage pourront être installés à des prix accessibles, rendant ces énergies beaucoup plus facilement utilisables. Ces solutions intéresseront particulièrement les pays en développement.

L'enjeu est si important que l'on comprend mal pourquoi il ne mobilise pas davantage de moyens, y compris en France, notamment dans la perspective de devoir faire face aux dérèglements climatiques. Sera-t-il évoqué convenablement lors de la prochaine Conférence 2015 de Paris ?

Références

* NewScientist, 25 juillet 2015 p 21

* Berkeley Lab. Electrolyte Genome Could Be Battery Game-Changer

http://newscenter.lbl.gov/2015/04/15/electrolyte-genome-could-be-battery-game-changer/

* Cet article consacré aux accumulateurs n'aborde pas l'utilisation de l'électricité en excès pour la production d'autres formes d'énergie, par exemple l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Ces techniques souvent vantées (Cf " L'Economie Hydrogène" de Jeremy Rifkin) n'ont pas encore trouvé leurs débouchés pratiques.