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jeudi 16 décembre 2010

Capter l'énergie solaire dans l'espace et l'acheminer sur Terre

L'énergie du Soleil captée par des satellites dans l'espace pourrait, nuit et jour, fournir de l'électricité à des installations au sol, selon des projets comme celui de la firme Astrium, qui pourraient commencer à voir le jour à partir de 2020.
Photo AFPIl ne s'agirait pas, au moins dans un premier temps, d'alimenter des villes qui disposent déjà d'infrastructures, mais des régions isolées, d'accès difficiles où on a besoin d'électricité, explique Robert Lainé, directeur technique d'Astrium, filiale espace du groupe européen EADS.
Cela pourrait permettre de fournir ponctuellement de l'électricité à une zone de catastrophe, un hôpital de campagne, une installation de pompage, de purification ou de désalinisation d'eau, a-t-il précisé lors d'une récente conférence à Paris.
Alimenter des grandes villes, "ça ne se produira pas avant qu'il n'y ait plus de pétrole", a-t-il déclaré à l'AFP.
"On pense que le plus simple, c'est de commencer avec un satellite existant, puis de l'adapter", note M. Lainé. La première démonstration pourrait s'appuyer sur les capacités du futur satellite de télécommunication Alphasat, avec l'objectif d'acheminer au sol, grâce à un laser infrarouge, quelques kilowatts d'énergie produite dans l'espace.
"Si on trouvait un financement demain, six ou sept ans c'est tout à fait raisonnable" pour aboutir à une démonstration, précise cet expert, alors qu'au delà de partenariats européens, Astrium envisage de s'associer avec Russes et Japonais pour mettre en place cette nouvelle filière technologique.
Lors de l'étape suivante, au cours de la décennie 2020-2030, plusieurs satellites, capables de fournir jusqu'à 100 kW chacun, pourraient faire converger leurs faisceau Alors qu'aux Etats-Unis des projets de grande ampleur sont envisagés, Astrium, qui recherche des partenaires, table plutôt sur un développement progressif, avec une première démonstration d'ici 2020, voire dès 2016.
"En cas de situation d'urgence, de besoin d'électricité, on bascule le faisceau facilement, on peut le faire en une minute", assure M. Lainé.
Grâce à un miroir de 3,5 mètre de diamètre, comme celui du télescope scientifique Herschel, le satellite pointera vers la Terre un rayon laser infrarouge de 20 mètres de large en ciblant des panneaux solaires de 30 m sur 30 placés au sol, selon le projet d'Astrium. La puissance reçue sur chaque panneau pourrait atteindre 300 kW, de quoi alimenter des dizaines de foyers.
Des cellules photoélectriques adaptées par Astrium pour l'infrarouge permettraient de convertir jusqu'à 60% de l'énergie reçue en électricité, au lieu de 15% avec les panneaux solaires actuels captant la lumière blanche du soleil.
La longueur d'onde supérieure à 1,4 micron choisie pour le laser devrait permettre d'acheminer sans risque 1 kW par mètre carré sur le récepteur. Une personne regardant brièvement dans le faisceau "va avoir chaud à la figure, aux yeux, mais il n'y a pas de pénétration dans la peau" ni de risque de brûler la rétine, assure M. Lainé.
A ces fréquences-là, les valeurs limites d'exposition sont élevées parce que "le rayonnement infrarouge est très peu pénétrant", précise un expert de l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS).
Et avec 1 kW par mètre carré, le laser ne se transformera pas en arme de guerre. Pointé sur une forêt, "le laser n'y mettrait jamais le feu", souligne M. Lainé, car le flux d'énergie serait voisin de ce qu'on reçoit du soleil au zénith.
Transmettre l'énergie via un faisceau micro-onde, comme l'envisagent d'autres projets pourraient susciter davantage de réticences, comme dans le cas des antennes de téléphonie mobile, et nécessiterait des récepteurs jusqu'à mille fois plus grands.

DEUX SOURCES D’ÉNERGIE, UN SEUL DISPOSITIF DE RÉCOLTE

Prototype d'un générateur d'énergie à partir de la chaleur du corps ou de la lumière ambiante.Prototype d'un générateur d'énergie à partir de la chaleur du corps ou de la lumière ambiante.
Fujitsu a développé un générateur hybride d’électricité capable de récolter l’énergie à la fois dans la chaleur et dans la lumière. Une innovation prometteuse pour les applications de capteurs médicaux et de surveillence de l'environnement.
La récolte de petites quantités d’énergie dispersée dans l’environnement (Energy harvesting en anglais) suscite un grand développement, partout dans le monde. Les travaux de Fujitsu Laboratories, au Japon, font avancer les recherches sur le sujet. Ses chercheurs ont en effet mis au point un générateur d'électricité hybride capable de récolter l’énergie à la fois dans la chaleur et dans la lumière. Avec un seul dispositif, il devient ainsi possible de tirer de l'énergie à partir de deux sources distinctes, qui auparavant nécessitaient la combinaison de deux dispositifs individuels.

En réduisant le coût, cette technologie hybride ouvre la voie à l'utilisation généralisée de dispositifs de récolte d’énergie. En supprimant le besoin de câblage électrique ou de remplacement de la batterie, elle a un grand potentiel pour alimenter des réseaux de capteurs médicaux et des détecteurs dans des applications difficiles d’accès ou éloignées des prises électriques.

Les détails de cette technologie ont été présentés lors de la conférence IEDM 2010 (InternationalElectron Devices Meeting), l’événement sur les recherches en électricité, qui s’est déroulé à San Franciso (Etats-Unis), du 06 au 08 décembre 2010.

Récupérer les petites quantités d'énergie 
L'énergie récoltée dans la lumière ambiante, les vibrations, la chaleur, les ondes radio, etc. est infime par rapport à ce qui est disponible à partir de centrales électriques ou de batteries. D’où l’intérêt d’exploiter plusieurs sources simultanément, par exemple la lumière et la chaleur, ou la lumière et les vibrations - afin de recueillir une quantité suffisante d’électricité pour une utilisation pratique. Jusqu’ici, ce besoin était rempli en combinant différents types de dispositifs. Une solution pénalisante en termes de coût et d’encombrement.

Le prototype développé par Fujitsu Laboratories combine deux procédés de conversion énergétique : un mode photovoltaique pour la conversion de la lumière en électricité et un mode thermodynamique pour la conversion de la chaleur en électricité. Mais il s’appuie sur un dispositif semiconducteur commun qui, grâce à un circuit électronique, fonctionne sur l’un ou l’autre des deux modes. Le semiconducteur en question utilise un matériau organique spécialement développé pour l’occasion et qui offre l’avantage d’être bon marché.

Cette technologie peut se décliner bracelet médical pour le contrôle de conditions physiologique telles que la température corporelle, la pression artérielle ou le ryhtme cardiaque, et ceci sans batterie, ni câblage électrique. Le dispositif utiliserait la chaleur du corps, la lumière ambiante ou les deux à la fois pour subvenir aux besoins en courant du capteur. Autres applications potentielles : la détection environnementale dans les zones isolées pour les prévisions météorologiques, où il serait difficile de remplacer les piles ou de tirer des lignes électriques.

Fujitsu Laboratoires poursuit le développement de cette technologie afin d’en augmenter les performances et d’en améliorer la fiabilité. Objectif : la commercialisation à l’horizon de 2015.

Ridha Loukil

Invention d'un caoutchouc résistant aux températures extrêmes

Le caoutchouc a la particularité de reprendre sa forme initiale après avoir subi une déformation. C'est également le cas des boules Quiès par exemple qui s'adaptent à la forme des oreilles, et retrouvent leur forme quand on les enlève. Ces substances sont dites "visco-élastiques". Seulement ces matériaux ont un défaut: ils cassent lorsqu'ils sont exposés à une très bassetempérature, et se décomposent lorsqu'ils sont exposés à une très haute température.

Ce problème vient d'être résolu par des chercheurs japonais en science des matériaux. Ils viennent en effet de mettre au point un caoutchouc capable de résister à des températures extrèmes (entre -196 et 1 000°C) sans subir de modification. Cette découverte a été publiée dans la revue Science.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont créé des nanotubes de carbone en déposant descatalyseurs métalliques sur du silicium. En règle générale, de tels nanotubes prennent une forme droite, mais la densité des tubes a ici été réduite afin de générer un enchevêtrement de tubes. Ces nanotubes à double et à triple parois sont ainsi interconnectés entre eux, de manière totalement aléatoire. Leréseau de nanotubes obtenu compose le matériau résultant, baptisé CNT.

L'utilité d'un tel matériau peut être imaginé dans divers domaines, comme le textile ou l'aéronautique.

Pour plus d'informations voir la publication, dans Science, 3 décembre 2010 "Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from –196° to 1000°C" http://www.sciencemag.org/content/330/6 ... 4.abstract