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RÉSUMÉ
L’énergie est le sang de l’économie. Elle doit être abondante, disponible et pas chère pour assurer la prospérité d’un pays. Il faut assurer une sécurité d’approvisionnement en diversifiant la nature des sources, les producteurs et les chemins d’acheminement. Les nanotechnologies s’intéressent aux objets dont au moins une dimension est comprise entre 1 et 100 nm. On sait maintenant « voir » et déplacer des atomes individuellement. À ces dimensions, on observe des phénomènes n’existant pas à l’échelle macroscopique, dont des effets quantiques. Nous décrivons, sur quelques exemples, comment les nanotechnologies ont des applications dans le domaine de l’énergie.
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Christian NGÔ : Edmonium
INTRODUCTION
Les nanotechnologies s’intéressent aux objets dont au moins une dimension est comprise, par convention, entre 1 et 100 nm. C’est par exemple le cas des films ultraminces dont l’épaisseur est plus petite que 100 nm ou des nanoparticules qui ont une taille inférieure à 100 nm. On parle vraiment de nanotechnologies lorsque l’on est capable d’observer des objets avec une résolution meilleure que 100 nm mais aussi lorsque l’on peut intervenir à cette échelle.
Les nanotechnologies trouvent des applications de plus en plus nombreuses. Elles n’ont un intérêt économique pour un dispositif que si elles apportent un avantage par rapport à ce qui existe déjà. Ceci conduit à distinguer trois cas :
-
le premier correspond à la situation où elles apportent une nouvelle fonctionnalité au dispositif ;
-
le deuxième lorsqu’elles conduisent aux mêmes fonctionnalités pour le dispositif mais à un coût inférieur ;
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le troisième lorsqu’elles augmentent les performances à coût égal ou à peine supérieur.
Dans cet article, nous allons illustrer, sur quelques exemples et sujets, l’intérêt des nanotechnologies dans le domaine de l’énergie. Le lecteur pourra trouver plus d’informations dans .
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Impacts des nanotechnologies
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2. Applications dans le secteur de l’énergie
2.1 Technologies de l’information et de la communication
La majorité des produits modernes que nous utilisons possèdent de l’électronique (microprocesseurs, mémoires…). Bien que l’on parle de microélectronique pour désigner le domaine dans lequel on produit par exemple des microprocesseurs, voilà plus de 20 ans que l’on sait graver le silicium avec lequel on les fabrique avec une précision inférieure à 100 nm. On peut voir, sur la figure 3, l’évolution de la finesse de gravure des circuits intégrés depuis 1970. On est passé à 90 nm en 2003 et à moins de 10 nm à présent.
Les mémoires flash, par exemple, peuvent être gravées avec une précision inférieure à 20 nm depuis 2012. On est donc dans le domaine des nanotechnologies. La microélectronique a permis un développement sans précédent des technologies de l’information et de la communication. Celles-ci sont très largement utilisées dans le domaine énergétique pour piloter les dispositifs, pour transmettre et stocker l’information, pour modéliser et simuler des installations ou des phénomènes. Ainsi, pour prendre des exemples de la vie courante, un ballon d’eau chaude ou la batterie d’un vélo à assistance électrique sont pilotés par une carte électronique contenant un ou des microprocesseurs où le circuit en silicium est gravé avec une précision se situant dans le domaine des nanotechnologies.
L’extraction ou la récupération des sources d’énergie, le transport, le stockage et l’utilisation de l’énergie utilise des dispositifs utilisant de la microélectronique (microprocesseurs, mémoires, etc.). Ces derniers sont indispensables pour faire fonctionner et optimiser les différents dispositifs énergétiques que l’on utilise chaque jour. Ils sont l’exemple le plus étendu de l’utilisation d’objets fabriqués en gravant du silicium avec une précision inférieure à 100 nm. C’est dans ce domaine que les effets quantiques présents à l’échelle nanométrique sont le plus utiles.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ADEME - Émissions des véhicules routiers – les particules hors échappement. Présentation - (2022).
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(2) - ADEME - Émissions des véhicules routiers – les particules hors échappement - (2022).
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(3) - AL-KAYIEM (H.H.), LIN (S.C.), LUKMON (A.) - Review on nanomaterials for thermal energy storage technologies. - Nanoscience & Nanotechnology-Asia, 3, p. 60-71 (2013).
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(4) - BELAUD (S.) - Les étranges comportements thermiques du nanomonde. - CNRS, Le journal (2023).
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(5) - BLOCH (D.) - Batterie Li-ion, du présent au futur. - EDP sciences (2020).
-
(6) - BLUNIER (B.) - 20 questions sur la pile à combustible. - Technip (2009).
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