Les Défis du CEA n°159 avril 2011
Les Défis du CEA n°159 avril 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°159 de avril 2011

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 20

  • Taille du fichier PDF : 3 Mo

  • Dans ce numéro : au coeur de la supraconductivité.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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14 À la pointe les défis du cea avril 2011 DES DÉCOUVERTES EN OR TEXTE : A. G. NANOMATÉRIAUX Vues d’ensemble et de dessus de nanostrutures de silicium branchées, réalisées en microscopie électronique à balayage. Des nanobilles d’or au sommet des « troncs » et au bout des « branches » catalysent leur croissance. + a du bon, surtout lorsqu’elle utilise de l’or ! Mais de quoi parlons-nous ? L’épitaxie est cet « art » L’épitaxie de faire croître un matériau semi-conducteur sur un substrat. Dans le cas étudié par des chercheurs du CEA-Inac, il s’agit de réaliser des nanofils de silicium. Cela consiste à déposer des nanobilles d’or sur un substrat en silicium, puis de diffuser de la vapeur de silicium pour qu’il se dissolve dans les billes et entre en contact avec le silicium du substrat. Là, les atomes de silicium s’arrangent de manière cristalline et poussent en nanofils. Mais pourquoi utiliser de l’or dont les scientifiques savent qu’il altère les propriétés électriques des nanomatériaux ? « L’or est un excellent catalyseur et nous avons découvert que les propriétés électriques de ces nanofils n’étaient pas altérées, leurs charges électriques présentant par exemple une bonne durée de vie », répondent Vincent Calvo et Pascal Gentile, chercheurs au laboratoire SiNaPS du CEA-Inac. Fort de cette découverte 1, ils ont « cultivé » toute une variété de nanofils de silicium en jouant sur les conditions de croissance (température, durée, etc.). Des structures aux propriétés inédites sont apparues 2. C’est le cas des nanofils coniques, dont la forme en pointes permet de piéger la lumière par réflexions successives au sein de ceuxci. Leur utilisation est donc envisagée pour augmenter le rendement des cellules photovoltaïques. D’autres recherches en amont sont actuellement menées autour de ces curieux « nanosapins » (photos ci-contre). Là, une partie de la bille d’or de la pointe a coulé le long du fil, générant de nouveaux points d’ancrage pour la vapeur de silicium, et donc de nouveaux nanofils. « Cette géométrie nous intéresse fortement car elle ouvre de très nombreuses perspectives dans le domaine, aujourd’hui stratégique, du stockage de l’énergie », souligne Emmanuel Hadji, chef du laboratoire SiNaPS. À suivre… notes : 1. Résultat publié dans Nano Letters, Demichel O., Calvo V., Besson A., Noé P., Salem B., Pauc N., Oehler F., Gentile P.et Magnea N., 2010, Nano Lett. 10 (7),pp. 2323–2329. 2. Résultat publié dans Nanotechnology, Oehler F., Gentile P., Baron T., Den Hertog M., Rouvière J.-L. et Ferret P., Nanotechnology 20, (2009), 245602. Épitaxie//Phénomène de croissance orientée de deux cristaux appartenant à deux espèces minérales différentes mais possédant des éléments communs dans leurs réseaux cristallins, réseaux qui sont les matrices d’une couche de matière. Catalyseur//Molécule qui, en petite quantité, accélère la vitesse d’une réaction et qui revient à sa forme initiale à la fin de la réaction. P.Gentile et F. Oehler/CEA
P.Avavian/CEA numéro 159 les d éfis du cea L’ÉLECTROLYSE LONGUE DURÉE TEXTE : P.P. PRODUCTION D’HYDROGÈNE Les besoins en hydrogène vont probablement exploser dans les décennies à venir. Encore faudra-t-il le produire massivement de manière « propre » … Julie Mougin et ses collègues du CEA-Liten à Grenoble, parient sur l’électrolyse de la vapeur d’eau à haute température (EHT). « Elle demande moins d’énergie que l’électrolyse à basse température, et une partie de cette énergie peut être d’origine thermique, moins chère que l’électricité », préciset-elle. Son équipe étudie donc la faisabilité technique et économique de ce procédé, en poursuivant un triple but : augmenter les performances, améliorer la durabilité et réduire le coût. L’électrolyseur décompose la vapeur d’eau en hydrogène et oxygène sous l’effet d’un courant électrique. Il est constitué d’un empilement de cellules en céramique, chacune d’elles comprenant deux électrodes séparées par un électrolyte. Des interconnecteurs métalliques assurent leur alimentation électrique et fluidique. Le tout fonctionne à haute température (de l’ordre de 800 °C). Et les différents gaz (vapeur d’eau, hydrogène et oxygène) ne doivent ni fuir ni se mélanger. Le CEA-DEN à Marcoule apporte son expertise dans le domaine des étanchéités. « L’équipe du CEA-Liten vise un triple but : augmenter les performances, améliorer la durabilité et réduire le coût de production d’hydrogène « propre ». » Cellules en céramique d’un électrolyseur en cours de montage. En 2010, Superb, un empilement expérimental de cinq cellules, a franchi deux étapes clé. Durant l’été, il a atteint le meilleur niveau mondial, produisant une densité de courant de plus d’1 ampère/cm 2 en conditions représentatives. Il fallait de plus valider sa durabilité. « Pour prétendre à une durée de vie de trois ans, il ne faut pas perdre plus de 1% en performance par mille heures de fonctionnement, ce qui constitue un challenge technique majeur », précise la chercheuse. Durant l’automne, Superb a donc fonctionné pendant 3 000 heures, la durée la plus longue reportée à ce jour. Un taux de dégradation de 8% par mille heures a été obtenu, dans la moyenne mondiale des essais de ce type. « Nous avons depuis réalisé un autre empilement, avec des revêtements protecteurs sur les interconnecteurs. Au premier test, il a démontré une durabilité bien meilleure », assure Julie Mougin. La course se poursuit. 15



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