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Des futures batteries à base de chanvre: une innovation verte
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Vous avez déjà vu ce billet ?
Connaissez vous ce visage?
Savez vous qui c’est ?
Cette figure historique à changée le visage du monde et pourtant personne ne le reconnais ou ne sait ce qu’il à fait.
Ce personnage c’est Alessandro Volta, portrait emblématique des anciens billets de dix mille lires.
Cette Homme a marqué l’histoire en 1800 en inventant … la pile électrique. Et oui!
Cette innovation a tracée la voie à l’ère électrique, où les appareils électriques ont désormais investi notre quotidien. Devenus indispensables, ces appareils nécessitent des sources d’énergie toujours disponibles, surtout en l’absence de prises électriques. C’est là qu’interviennent les batteries (ou piles), solutions portables essentielles pour alimenter nos technologies.
L'ascension des batteries lithium-ion
Depuis la fin du XXe siècle, les batteries lithium-ion dominent le secteur énergétique grâce à leur capacité à alimenter une large gamme d’appareils (lampe, cigarette électronique, appareil, photo, jouets…) y compris les ordinateurs, démontrant ainsi leur efficacité et leur polyvalence. Leur utilisation s’est étendue au domaine de l’ingénierie automobile avec le développement, en 1997, des premières voitures électriques et hybrides, marquant une révolution dans la conception des véhicules à moteur. Avec des prévisions indiquant que d’ici 2025, au moins 15% des nouvelles voitures immatriculées dans le monde seront électriques, la demande pour les batteries au lithium, contenant en moyenne 20 à 30 kg de carbonate de lithium, atteint des sommets sans précédent.
La source principale de ce précieux matériau se trouve dans l’un des environnements les plus arides de la planète : le désert d’Atacama, en Amérique du Sud. Ce désert, partagé entre le Chili, la Bolivie, et l’Argentine, abrite le plus grand gisement de lithium au monde, dans le lac salé Salar de Atacama, attirant l’attention des grandes multinationales du lithium pour son exploitation intensive. Ces efforts visent à extraire près d’un tiers des réserves mondiales de lithium, soulignant l’importance cruciale de ce désert dans l’avenir des technologies de batteries.
L'impact environnemental et social de l'extraction du lithium : Un dilemme écologique
L’extraction du lithium dans le désert d’Atacama, essentielle pour répondre à la demande croissante de batteries, présente des conséquences environnementales et sociales potentiellement catastrophiques.
Le processus, qui implique le pompage et l’évaporation de l’eau des lacs sur plusieurs mois pour obtenir un concentré de lithium, a un impact significatif sur l’écosystème local. La multiplication prévue de cette activité menace de détruire l’équilibre fragile du Salar, car la production de carbonate de lithium nécessite d’énormes volumes d’eau, l’équivalent de sept piscines olympiques quotidiennement (soit 17 500 m3 d’eau/jour si la piscine olympique fait 2 mètres de profondeur. 26 250 m3 d’eau/jour si la profondeur de la piscine est de 3 mètres).
A titre de comparaison, la moyenne de consommation d’eau total, par habitant en France varie entre 40m3 et 54m3 par an. Il faudrait donc presque 5000 ans pour un(e) habitant(e) de France, pour consommer autant que ce que consomme l’exploitation en une seule journée.
Face à une telle exploitation, les communautés indigènes se sont mobilisées pour protéger leur environnement, entraînant une décision du tribunal environnemental chilien contre SQM (Sociedad Química y Minera de Chile), le deuxième plus grand producteur de lithium au monde. Le tribunal a estimé que les mesures proposées par SQM pour atténuer les impacts négatifs de son activité étaient largement insuffisantes, marquant ainsi une victoire importante pour la préservation de l’environnement et des droits des communautés locales. Cette situation met en lumière les défis auxquels sont confrontés ceux qui luttent contre les pratiques d’exploitation des ressources par les grandes entreprises.
Le chanvre, une révolution écologique pour les supercondensateurs
Face au défi colossal de répondre aux besoins énergétiques croissants du monde, tout en préservant l’équilibre environnemental de notre planète, une solution inattendue émerge : le chanvre. Cet ancien allié de l’humanité, connu depuis plus de 12 000 ans, se révèle être une source prometteuse pour la fabrication de supercondensateurs, surpassant les technologies actuelles avec une efficacité remarquable.
Les recherches menées en 2014 par le professeur David Mitlin, de l’Université d’Alberta au Canada, ont ouvert des perspectives révolutionnaires. Il a été découvert que les électrodes fabriquées à partir de nanofeuilles de carbone dérivées du chanvre surpassent les supercondensateurs standards de près de 200%. Alors que le graphène, ce nanomatériau de carbone, est reconnu pour ses performances exceptionnelles dans les électrodes de supercondensateurs, son coût de production prohibitif, atteignant jusqu’à 2 000 dollars par gramme, limite son application.
À la recherche d’alternatives plus accessibles, l’équipe de Mitlin a développé une méthode innovante permettant de transformer les déchets fibreux de chanvre, en un nanomatériau comparable au graphène mais bien plus performant, à un coût nettement inférieur, estimé à moins de 500 dollars par tonne. Ce processus exploite la biomasse riche en cellulose et lignine du chanvre, une ressource renouvelable et abondante, pour produire du charbon actif de haute qualité.
Le procédé implique une cuisson sous pression des fibres de chanvre à 180°C pendant 24 heures, suivie d’un traitement chimique et d’une carbonisation à haute température. Le résultat ? Des nano-feuilles de carbone dotées d’une structure unique, capables de délivrer une puissance de 49 kW par kg de matériau, soit près de trois fois plus que les électrodes commerciales standards.
Cette avancée représente non seulement une victoire pour l’environnement, en utilisant une matière première durable et économique, mais elle ouvre également la voie à des technologies énergétiques plus efficaces et accessibles, marquant un tournant dans la recherche de solutions énergétiques respectueuses de la planète.
Vers un avenir énergétique durable et performant
La recherche récente présente le chanvre non seulement comme une alternative viable, mais comme une véritable révolution dans la production de carbones haute performance, capables de transformer l’industrie du stockage d’énergie et bien au-delà. Ce matériau ancestral, exploité depuis plus de 12 000 ans, se révèle aujourd’hui au cœur des avancées technologiques pour une gamme étendue d’applications, incluant l’électronique portable, les sources d’alimentation ininterrompue, et le stockage d’énergie, entre autres.
Cependant, pour atteindre une capacité de stockage d’énergie comparable aux batteries actuelles, des améliorations sont encore nécessaires. Les supercondensateurs à base de chanvre, bien qu’ils se démarquent par leur capacité à stocker et libérer rapidement de l’énergie — une qualité précieuse notamment pour les véhicules électriques modernes —, sont encore à optimiser en termes de capacité de stockage à long terme.
Néanmoins, cet inconvénient mineur pâlit face aux avantages considérables qu’offre le chanvre : un coût de production nettement inférieur et, surtout, un impact environnemental significativement réduit par rapport aux batteries traditionnelles. L’utilisation des déchets de chanvre pour la production de ces supercondensateurs ajoute un bénéfice environnemental supplémentaire en réduisant les problèmes liés à l’élimination des déchets.
En exploitant le potentiel du chanvre pour révolutionner le stockage d’énergie, nous nous dirigeons vers un avenir où les avancées technologiques et la préservation de l’environnement marchent main dans la main, ouvrant la voie à des solutions énergétiques à la fois performantes et respectueuses de notre planète.
