Collette

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Des chercheurs de la Rice University ont effectué une percée technologique dans le domaine de la synthèse des boîtes quantiques. Ce type de semi-conducteur est un candidat prometteur pour la fabrication de panneaux solaires non seulement plus efficaces mais aussi moins coûteux que ceux basés sur les cellules photovoltaïques classiques au silicium.

Michael Wong, au centre, avec son équipe du CBEN (Crédit : Rice University). Michael Wong, assistant professor of chemical and biomolecular engineering, est l’un des principales chercheurs du Rice's Center for Biological and Environmental Nanotechnology (CBEN) à l’origine de la découverte. Lui et son thésard, Subashini Asokan, le directeur du CBEN Vicki Colvin et Karl Krueger sont arrivés à dépasser l’obstacle de la synthèse des boites quantiques avec quatre « pattes » baptisées très logiquement des tétrapodes.

Tétrapodes en séléniure de Cadmium observés au microscope électronique (Crédit : Rice University). Il s’agit de composés semi-conducteurs plus petits que des cellules vivantes, obtenus à partir du séléniure de cadmium et qui sont plusieurs fois plus efficace pour la conversion de lumière en électricité que les boîtes quantiques ordinaires. Le problème était que les méthodes de synthèse chimiques connues jusqu’à présent ne permettaient pas de fabriquer des formes avec quatre « pattes » avec un rendement suffisant. Or, ce sont spécifiquement ces tétrapodes qui sont intéressantes pour révolutionner la technologie de l’énergie solaire par conversion photovoltaïque. Les meilleurs rendements étaient tout au plus de 30%, Wong et ses collègues ont dépassé les 90% ! La clé a consisté à utiliser du bromure céthylique de tri méthyle ammonium au lieu des composés à base d’acide alkylphosphonique. Ce bromure est non seulement plus efficace et moins chère pour la synthèse mais il est aussi moins nocif. D’ailleurs il est utilisé dans la composition chimique de certains shampoings !

http://www.montpellier.inra.fr/safe/french/index.htm

L'agroforesterie consiste à mélanger arbres et cultures dans les parcelles agricoles. On distingue le silvopastoralisme (arbres et animaux domestiques) et l'agrisylviculture (arbres et cultures). Le projet SAFE concerne les systèmes agroforestiers associant arbres et cultures intercalaires (agrisylviculture).

Les travaux les plus récents ont montré que les associations d'arbres et de cultures agricoles peuvent être très efficaces, à la fois en termes de production, mais aussi en termes de protection de l'environnement. Ces systèmes agroforestiers pourraient trouver une place dans une agriculture raisonnée plus respectueuse de l'environnement. Des pratiques agroforestières modernes permettront de diversifier les exploitations agricoles, de fournir des bois de grande qualité à l'industrie, de mieux respecter l'environnement, tout en créant des paysages ruraux attractifs et originaux.

Le projet SAFE s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la Politique Agricole Commune (PAC). Il proposera des bases scientifiques pour la prise en compte de l'agroforesterie dans les prochaines révisions de la PAC. Des bases de données et des modèles seront élaborés pour évaluer l'intérêt économique de l'agroforesterie, et les résultats des simulations permettront de suggérer des aménagements réglementaires permettant le développement de l'agroforesterie à l'échelle Européenne.

L'utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie pour différents systèmes, de la voiture à la fusée spatiale en passant par l’ordinateur portable, semble une solution d’avenir, surtout dans le cadre du développement des énergies propres. Une telle technologie nécessite de stocker de façon efficace et sans danger de grandes quantités d’hydrogène. Une équipe du Center for Reticular Chemistry de l'UCLA's California NanoSystems Institute dirigée par Omar Yaghi s’est sans doute rapprochée plus que toutes les autres de ce rêve en mettant au point un nouveau type de matériau ultraléger, possédant une structure cristalline, et suffisamment poreux pour stocker des gaz.

L’idée qu’a particulièrement développée Omar Yaghi, est d’utiliser des blocs moléculaires composés d’éléments légers, comme le carbone, l’oxygène et le bore, pour former à volonté des réseaux cristallins reposant sur des blocs de molécules organiques. On obtient ainsi des réseaux moléculaires constituant des solides poreux, analogues à la zéolithe par exemple.

Plus précisément, les derniers réseaux synthétisés sont des COF, pour Covalent Organic Framework, ce qui pourrait se traduire par "charpente moléculaire covalente". Leur stabilité thermique est importante, la surface associée l’est aussi et la densité obtenue est particulièrement basse. Le solide poreux nommé COF 108 a la plus faible densité connue pour un matériau cristallin. Un seul gramme, du fait de sa porosité, possède une surface de 4 500 m2, soit l’équivalent de 30 terrains de tennis !

En fait, c’est toute une nouvelle chimie, dite chimie réticulaire, que l’on voit en train de se développer. Une grande variété de matériaux, construits avec différents blocs moléculaires, est ainsi possible. On peut ainsi varier les propriétés physiques, comme la porosité, presque à volonté.

En prélude aux COFs, Yaghi avait déjà introduit des MOFs, pour Metal-Organic Framework. La taille des pores étant nanométrique, les capacités de stockage de gaz, comme le méthane ou l’hydrogène, pouvaient être suffisamment importantes pour servir à faire des réservoirs de carburant pour des voitures, des batteries pour des téléphones portables et même des ordinateurs ou des caméras numériques.

De fait, BASF, un groupe international dont la maison mère est allemande, a obtenu un brevet sur la technologie basée sur les MOFs, et il compte bien en commercialiser des applications très bientôt.

Yaghi et ses collègues pensent que les COFs sont encore plus prometteurs en raison de leur faible densité. Ils peuvent, de plus, être utilisés pour stocker des gaz néfastes pour l’effet de serre comme le CO2.