Sciences dessus dessous

Archive, mars 2013

Nos os ont été observés à l’échelle du micron sous toutes leurs coutures possibles et imaginables, mais ils l’avaient rarement été à des échelles plus petites. Jusqu’à ce qu’une équipe américaine s’y mette et découvre que, lorsqu’on les place sous un stress intense, des espèces de «nanofractures» apparaissent à l’intérieur de l’os et… le protège contre la rupture !

Dans une étude parue récemment dans les PNAS, une équipe dirigée par Deepak Vashishth, de l’Institut polytechnique Rensselaer, dans l’État de New York, a soumis de petites sections de tibias humains à des tensions à la limite de ce qu’ils pouvaient supporter, puis a placé ses échantillons sous un microscope électronique. Il y a trouvé des espaces vides — des «bandes de dilatation», comme il les nomme — en forme d’ellipse d’environ 100 nanomètres de diamètre qu’on ne trouve pas, normalement, dans les os.

En soi, il n’était guère étonnant qu’un matériau sous une tension presque suffisante pour le faire casser subisse des dégâts microscopiques. Mais ce qui est beaucoup plus surprenant, c’est que ces «nanofractures», en fait, se trouvent à dissiper l’énergie dans l’os, et donc à le rendre plus résistant. En analysant ces bandes de dilatation, en effet, M. Vashishth et son équipe ont réalisé qu’elles apparaissaient quand la tension séparait deux protéines — nommées ostéocalcine et ostéoponcine — dont le rôle est de lier les minéraux des os entre eux et à collagène qui sert de «microstructure» aux os, lit-on dans cet excellent compte-rendu du magazine The Scientist. Les chercheurs ont donc fait des tests sur des souris auxquelles il manquait ces deux protéines, et ont constaté que, chez elles, les bandes vides n’apparaissaient pas — ce qui rendait leurs os nettement moins résistants.

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Intéressant document que le gouvernement britannique vient de publier sur sa vision à long terme de l’énergie nucléaire. Les Anglais ont la réputation d’avoir une sainte horreur des idéologues, et on trouve effectivement dans ce texte un bel exemple de leur proverbial pragmatisme.

Le point de départ de leur stratégie est que, réchauffement planétaire oblige, le monde a d’abord et avant tout besoin d’énergie qui n’ajoute pas ou peu de carbone dans l’atmosphère. Les énergies renouvelables correspondent évidemment à ce souhait, mais le nucléaire aussi, si bien que Londres prévoit, à court terme, l’ajout de 16 gigawatts de puissance nucléaire à son parc énergétique d’ici 2020, en plus de dépenser environ 1500 milliards $ en nouveaux équipements au cours des 20 prochaines années.

Mais à plus long terme, il n’est pas question de s’enfermer dans une seule avenue de solution, pas question (pour l’instant) de ne retenir qu’une seule forme d’énergie ni d’en exclure une à tout jamais. Le plan britannique pour réduire les émissions de carbone d’ici 2050 inclut un cocktail énergétique varié à l’intérieur duquel le poids du nucléaire s’avérer grand comme infime parce que, et c’est le passage qui me plaît :

«la politique du gouvernement veut que, à long terme, il devra y avoir une compétition entre les différentes formes de production d’électricité sans carbone. Le gouvernement n’énonce pas de cible pour le déploiement de centrales nucléaires. L’envergure de son programme nucléaire dépendra de l’efficacité des développeurs».

Bref, on essaie un peu tout et on voit à l’usage ce qui fonctionne le mieux. À une époque où les principaux types d’énergie sans carbone sont encore davantage dans les promesses que dans l’expérience à long terme — les premiers balbutiements de l’éolien et du solaire à grande échelle ne sont pas si loin derrière, le stockage du carbone en est encore à la phase démonstration, et la prochaine génération de réacteurs nucléaires s’enligne pour alléger grandement le problème des déchets radioactifs, mais cela reste à voir —, il me semble que c’est en plein l’état d’esprit dans lequel on doit aborder la question énergétique.

Il est aussi intéressant de noter que la position de Londres ne cadre pas du tout dans le mouvement international (ou ce qui avait les apparences d’un mouvement de fond) de sortie du nucléaire, que l’on croyait voir se dessiner dans les mois qui ont suivi la catastrophe de Fukushima. Après une vingtaine d’années de stagnation, l’industrie nucléaire mondiale avait repris une erre d’aller dans les années 2000, que l’on avait baptisée «renaissance du nucléaire», avant que l’accident japonais ne vienne la compromettre.

Or si certains pays ont bel et bien décidé de faire une croix sur l’atome dans la foulée de Fukushima — et non les moindres, soulignons-le : l’Allemagne est un très gros joueur, sur les plans tant économique que scientifique, et la Suisse n’a rien d’une campagne arriérée —, il semble que, si l’on me prête l’expression, la renaissance ne meurt plus aussi vite qu’en 2011. En plus de la Grande-Bretagne, rappelons que le Japon a renoncé à sortir du nucléaire et que les États-Unis ont repris la construction de centrales, bien qu’ils semblent préférer les «centrales de poche».

Alors à votre avis : est-ce que les heures du nucléaire sont toujours comptées, ou est-ce que Fukushima n’aura au final marqué qu’une pause dans sa renaissance ?

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Un volume comparable à deux conteneurs de bateau : ça c'est de la pile... (Image: EnverVault)

Un volume comparable à deux conteneurs de bateau : ça c'est de la pile... (Image: EnverVault)

Le futur des énergies renouvelables se trouve-t-il dans le fond d’un réservoir format géant ? C’est en tout cas le pari que beaucoup de gens font, dans l’industrie de l’énergie, où les «piles à flux» sont vues comme une solution au principal problème du solaire et de l’éolien, c’est-à-dire leur intermittence. On en entend, en tout cas, de plus en plus parler depuis quelque temps, et le New Scientist vient d’en rajouter une couche

Les piles à flux — flow batteries, en anglais — sont un type de pile qui consiste en deux réservoirs contenant un liquide dans lequel des électrolytes sont dilués. Les deux fluides sont pompés dans un compartiment traversé par une membrane, et c’est en réagissant chimiquement à travers la membrane que les électrolytes produisent un courant électrique. Elles sont aussi rechargeables, c’est-à-dire qu’en faisant passer un courant dans la membrane, les électrolytes retournent à leur état initial.

Un grand avantage de ces piles est qu’elles peuvent être grossies, grossies et grossies encore jusqu’à ce que chacun de leurs réservoirs atteigne, littéralement, la taille d’un conteneur de bateau. Et plus ces réservoirs sont grands, plus ils peuvent contenir d’énergie. En en bâtissant d’assez gros, on pourrait ainsi stocker de l’énergie solaire ou éolienne aux moments de grande production pour s’en servir ensuite lorsque les nuages cachent le Soleil ou que les vents sont trop calmes.

Il y a, comme on s’en doute, beaucoup de recherche qui se fait sur les piles à flux. Une équipe allemande a annoncé la semaine dernière être parvenue à produire 25 kiloWatts de puissance (à ne pas confondre avec l’énergie, qui est la puissance maintenue pendant un temps donnés et qui s’exprime en kiloWatts-heure) avec de toutes petites piles à flux occupant un demi mètre carré de plancher. Et l’entreprise californienne EnerVault travaille sur une démonstration de pile à flux qui pourrait contenir 1 MWh d’énergie — en plus de prévoir se rendre jusqu’à 100 MWh (pdf, p. 10/14) dans l’avenir.

Mais il y a encore de gros «mais», dans toute cette histoire. D’abord, les coûts de ces piles à flux sont encore plus élevés que ceux des piles lithium-ion. Il faut dire, bien sûr, que la technologie est un domaine où les coûts peuvent chuter dramatiquement, mais si ces dépenses additionnelles viennent s’ajouter au prix déjà «chèrant» du solaire et de l’éolien, cela risque de ralentir la conversion aux énergies renouvelables.

Et puis, les piles à flux ont une densité énergétique encore bien inférieure à celle des lithium-ion. Comme l’explique cet excellent texte d’un blogue du Collège de génie de l’Université du Michigan, la plupart des modèles conçus jusqu’ici ont utilisé de l’eau comme solvant, parce que c’est économique et vert. Pour atteindre de plus forte densité énergétique, il faut utiliser d’autres fluides — plus chers et plus polluants, ce qui ne nous avance pas nécessairement.

En outre, dans cette édition de la Technology Review du MIT, la pile à flux d’EnerVault, si elle est effectivement décrite comme une avancée, ressemble un peu beaucoup à une solution qui se cherche un problème :

Like many new grid-storage companies, EnerVault is still seeking where its multi-hour storage systems are best suited. Multi-megawatt-hour batteries could provide solar or wind power at peak times to earn energy project owners more money. Or they could be used to expand the capacity of substations, allowing utilities to defer upgrades to meet peak demand. Some companies hope to provide local storage to campuses or businesses that have on-site generation.

Still, grid-scale batteries of all kinds have years to go before a commercial demand emerges. On a simple cost basis, they compete with the price of power from a natural gas peaker plant which, in the U.S., is much lower the price of a battery. And for the most part, utility regulations are geared more towards construction of power plants rather than energy storage.

Sans compter que, comme je l’ai déjà souligné ici, d’un point de vue environnemental, la multiplication de gigantesques réservoirs de solutions toxiques vient nécessairement avec un risque de fuite…

Cela ne règle pas non plus le problème de la densité énergétique de l’éolien et du solaire, qui est faible, mais on ne peut pas demander à une seule technologie de tout régler… Alors à votre avis, la solution à l’intermittence des énergies renouvelables (hormis l’hydro) réside-t-elle, à long terme et à grande échelle, dans les piles à flux ?

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