Rubrique : Des nanofils de silicium dans les futures cellules solaires
Beaucoup d’espoirs sont fondés sur les sources d’énergie durables. Or, aujourd’hui, le rendement moyen des cellules photovoltaïques utilisées dans les panneaux solaires courants est de l’ordre de 5 à 10 %. Même dans les procédés très coûteux, réservés à des applications comme celles du secteur aérospatial, leur rendement ne dépasse pas 20 %. Ce faible rendement s’explique par le fait que les cellules, composées de silicium massif, n’absorbent utilement qu’une fraction des rayons lumineux qui composent la lumière.
Des chercheurs envisagent de dépasser cette limite et de tirer un meilleur parti de cette source d’énergie renouvelable. Ils s’appuient, pour cela, sur le fait qu’à une échelle de nanostructuration, certains matériaux sont capables d’absorber l’ensemble du spectre solaire. À l’état de nanofils, un matériau comme le silicium absorbe, par exemple, des couleurs différentes du spectre en fonction de son diamètre. Un empilement constitué de nanofils de différents diamètres, dans des arrangements particuliers, pourrait donc absorber la totalité du spectre solaire et permettre un rendement des cellules voltaïques de demain d’au moins 50 %.
De même, on peut imaginer de gérer l’intermittence de certaines sources d’énergie (solaire, éolienne…) grâce à des systèmes de stockage (batteries) dont les performances et la durée de vie seront augmentées grâce aux nanocomposites lithium. La production locale d’énergie sans connexion au réseau d’électricité pourrait être généralisée par des piles à combustible utilisant des nanomatériaux.
L’isolation des bâtiments, quant à elle, pourrait être renforcée par l’utilisation de nanomatériaux ultraporeux ou à changement de phase (qui absorbent l’excès de chaleur dans la journée et la restituent la nuit ou quand il fait froid). Enfin, la nanoélectronique pourrait être sollicitée pour mettre en œuvre le concept d’intelligence ambiante (avec des réseaux de capteurs et moteurs électriques miniaturisés) au service d’une gestion optimale des ressources.
Les nanotechnologies sont amenées aussi à jouer un rôle dans le secteur automobile afin de rendre les véhicules plus légers et donc plus sobres en énergie.
Pour l’éclairage, les diodes électroluminescentes (LED) de nouvelle génération réduiront encore la consommation des lampes. L’évolution vers le véhicule électrique ou hybride du futur sera facilitée par les gains de performances et de coûts obtenus en intégrant des nanomatériaux dans le développement de nouvelles batteries et de piles à combustible, par exemple. Enfin, la voiture de demain bénéficiera de mémoires, de processeurs et de capteurs miniaturisés pour l’assistance à la conduite et verra les multiples éléments de son moteur sujets au frottement et à l’usure durer plus longtemps. Citons enfin l’amélioration attendue des pots catalytiques, des motorisations électriques et hybrides et des piles à combustible.
Dans le secteur aéronautique, les enjeux économiques, de fiabilité, de sécurité et d’environnement soutiennent une exigence d’innovation. Dans trois domaines clés (la physique de vol, les structures et les systèmes embarqués), on peut s’attendre à ce que les nanotechnologies aient un impact, amenant des ruptures sur des paramètres techniques souvent considérés comme inconciliables. Les applications concerneront notamment l’amélioration des performances de tous les matériaux métalliques et composites (gain de masse et fonctions accrues), les éléments autonettoyants ou autodégivrants fondés sur l’effet lotus (lire dans Champ et définitions pages 12 et 15), les moteurs et capteurs miniaturisés pour la surveillance de la structure, l’optimisation de l’écoulement du flux d’air à la surface de l’avion, une meilleure conductivité électrique…
