News environnement de juillet 2014: transformation de la lumière du soleil en électricité…

Le processus de transformation de la lumière du soleil en électricité révélé

Comment commence le processus de transformation de la lumière du soleil en électricité dans une cellule solaire organique? La réponse vient du groupe de chercheurs du Conseil national de recherches (CNR) qui a fait une vidéo en temps réel, sur une échelle sans précédent : millionièmes de milliardième de seconde. L’étude, menée par l’Institut de nanosciences du CNR à Modène (Nano-CNR) et par l’Institut de photonique et nanotechnologies (IFN-CNR) à Milan, prouve que les premiers instants de la photo-conversion sont régis par la nature quantique des électrons et noyaux impliqués dans les oscillations cohérentes dans des temps ultra-rapides. La recherche, publiée dans la revue « Science », est menée en collaboration avec le Politecnico de Milan, l’Université de Modène et Reggio Emilia et avec des collaborateurs allemands, français et espagnols.

Naissance du processus de transformation de la lumière du soleil en électricité dans une cellule solaire organique

Moins chères et plus polyvalentes que les panneaux solaires rigides en silicium, les cellules solaires organiques font partie des technologies clés pour la production durable et propre d’énergie renouvelable. « Elles contiennent des polymères qui absorbent la lumière en mettant en mouvement des électrons », explique Carlo Andrea Rozzi du Nano-CNR, « et des macromolécules formées par 60 atomes de carbone, les fullerènes, qui recueillent la charge électrique. Nous nous sommes proposés de comprendre comment se déclenche entre les deux molécules le transfert d’électrons qui donne lieu au courant ». « Un phénomène qui advient à une vitesse tellement rapide qu’il était jusqu’ici inaccessible expérimentalement », ajoute Giulio Cerullo du Politecnico de Milan et de l’IFN-CNR. « Désormais, nous sommes en mesure de l’observer et d’en capturer des images individuelles grâce à des flash de lumière laser ultrarapides, une technologie développée au Département de physique du Politecnico. »

Afin d’étudier ce qui se passe dans un temps de quelques dizaines de femtosecondes (millionième de milliardième de seconde) les chercheurs ont combiné les expériences de spectroscopie laser ultra-rapides, dirigées par Giulio Cerullo, avec une série de simulations informatiques, coordonnées par Carlo Andrea Rozzi. « Nous avons simulé la dynamique de transfert d’électrons entre polymère et fullerène en tenant compte de la nature quantique de la matière », explique Elisa Molinari, physicienne de l’Université de Modène et Reggio Emilia et directrice du centre Nano-CNR à Modène. « Les images que nous obtenons sont surprenantes. Les calculs et expériences montrent que la naissance de l’ensemble du processus de photoconversion se fait grâce à l’oscillation coordonnée des électrons et noyaux atomiques, un comportement que les physiciens appellent la cohérence quantique, sans laquelle il n’y aurait pas de transfert de charge ni de courant électrique. Nous estimons que ces résultats peuvent guider la construction de nouveaux matériaux artificiels capables de convertir la lumière solaire en énergie avec une efficacité maximale. »

Source : bulletins-electroniques

Le captage du CO₂ serait nécessaire pour atteindre les objectifs climatiques

Afin de réduire les risques et les coûts engendrés par le changement climatique et pour atteindre les objectifs climatiques fixés par le Groupe Intergouvernemental d’Experts pour le Climat (GIEC), des technologies aujourd’hui controversées peuvent s’avérer nécessaires. La combinaison d’une production d’énergie à partir de combustibles fossiles et de biomasse avec la capture et le stockage du dioxyde de carbone émis (CCS) pourrait être une technologie clé pour respecter la limite d’un réchauffement maximal de deux degrés. C’est ce que montre l’étude la plus complète sur les stratégies technologiques possibles pour lutter contre le changement climatique, qui a été publiée dans un numéro spécial de la revue Climatic Change. Pour cette étude, les simulations de 18 modèles informatiques d’une équipe internationale de chercheurs ont été examinées au Stanford Energy Modeling Forum (projet EMF 27).

« Pour réduire les coûts du changement climatique, les technologies polyvalentes semblent être les plus intéressantes », explique l’auteur principal Elmar Kriegler, de l’Institut de recherche de Potsdam sur les effets du changement climatique (PIK, Brandebourg). La bioénergie tout comme le CCS peuvent contribuer à réduire les émissions liées à l’utilisation d’énergie non électrique, qui serait autrement difficile à décarboner. Dans l’industrie de l’acier, par exemple, la combustion du charbon de coke dans les hauts fourneaux pourrait être combinée avec le CCS ; dans le secteur des transports, les combustibles fossiles pourraient être remplacés par les biocarburants. « Les herbes et les arbres qui sont utilisés pour la production d’énergie à partir de biomasse, consomment du CO2 pour leur croissance. En combinaison avec le CCS, du CO2 peut donc être retiré de l’atmosphère pour compenser les émissions qui se produisent inévitablement dans certains secteurs et ne pourront être évitées qu’à long terme ou partiellement », explique M. Kriegler.

Un grand nombre de simulations effectuées dans le cadre de l’étude ne permettaient d’atteindre les réductions d’émissions nécessaires à l’objectif de deux degrés sans l’utilisation de la bioénergie en combinaison avec le CCS. Dans d’autres simulations, les coûts du changement climatique dans les scénarios sans CCS ont en moyenne plus que doublé. Cependant, l’énergie produite à partir de biomasse peut entrer en concurrence avec le secteur alimentaire du fait des surfaces agricoles nécessaires, tandis que le captage et le stockage souterrain du dioxyde de carbone provenant des centrales électriques à l’échelle industrielle n’est pas encore testé.

L’étude a été en mesure d’établir l’électrification accélérée de l’utilisation d’énergie par les consommateurs comme un facteur robuste de transformation – par exemple à travers plus de voitures électriques ou des fours électriques dans l’industrie de l’acier. En outre, une augmentation de l’efficacité énergétique pourrait être considérée comme une autre stratégie importante pour soutenir la politique climatique, en permettant de réduire de moitié le coût du changement climatique. Cependant, sans mesures fortes pour décarboner la production d’énergie, une amélioration de l’efficacité énergétique seule ne serait pas suffisante pour atteindre l’objectif des deux degrés. « Notre étude donne des raisons de croire que nos stratégies technologiques pour atteindre les objectifs de la politique climatique sont disponibles », explique John Weyant, directeur du Stanford Energy Modeling Forum. « Toutefois, ces stratégies ne peuvent être efficaces que si les politiques climatiques efficaces sont très bientôt mises en oeuvre. »

Source : bulletins-electroniques

La Russie se lance-t-telle dans le pétrole non-conventionnel ?

Le district autonome des Khanthys-Mansis-Iougra, situé en Sibérie occidentale, est une des régions russes les plus riches en pétrole. La moitié du pétrole de Russie produit actuellement est extrait de cette région. Pour mesurer la place stratégique de cette région dans l’économie de la Fédération, il suffit de rappeler que selon des données de Rosstat, agence fédérale des statistiques, la deuxième région extractrice, le district autonome Yamal-Nenets, située dans la partie arctique du pays, pèse seulement 7% du total. Les méthodes actuelles d’extraction permettraient d’extraire 3,8 milliards de tonnes de pétrole en Iougra. Néanmoins, il existe de nombreuses autres réserves de pétrole encore non exploitées. Des techniques innovantes, notamment de récupération assistée du pétrole, permettraient d’exploiter jusqu’à 10 milliards de tonnes de pétrole dans cette région. Les enjeux scientifiques et technologiques sont donc très importants.

Pour répondre à ces défis, la région Iougra a fait appel à l’Académie des sciences (RAN), avec qui elle a signé un accord de coopération. Les scientifiques russes apporteront leur expertise pour réévaluer les réserves de pétrole et pour développer des nouvelles méthodes de récupération du pétrole. L’université de Sourgout, plus grande ville du district, collaborera notamment avec la RAN sur les aspects de modélisation informatique des réserves de pétrole et de gaz à l’aide de superordinateurs. Il est également question de créer un centre de recherche et de formation sur ce domaine, en collaboration avec des entreprises comme Gazprom et Surgutneftegaz.

Il est également prévu l’ouverture à 275 km au nord-ouest de Sourgout d’un centre de recherche et de développement tourné vers l’application de nouvelles solutions d’extraction. Il s’agira de la première structure de recherche de Russie travaillant sur les méthodes d’extraction des pétroles non-conventionnels. De plus, la RAN engagera des projets de recherches en sciences humaines et sociales ainsi que sur les aspects environnementaux, mobilisant des disciplines comme l’ethnologie ou l’archéologie et portant en autres sur les langues et le folklore des peuples autochtones.

Les dirigeants de la région Iougra ont bien conscience du défi industriel à relever, notamment face à la concurrence mondiale croissante des pétroles non-conventionnels. Ils ont également conscience de la dépendance de leur économie régionale. La RAN mènera ainsi des études prospectives et formulera des propositions de diversification de l’économie locale

Source : bulletins-electroniques