Matériaux pour l`énergie introduction et quelques aspects de synthèse

Chaire annuelle – Année académique 2010-2011
Chaire Développement durable
Environnement, Énergie et Société
Prof. Jean-Marie Tarascon
Amiens
Matériaux pour l’énergie introduction
et quelques aspects de synthèse
26 Janvier 2011

(MRS Bulletin 33, 2008)
Le paysage de l‘énergie
Chaleur
perdue
Chaleur
perdue
CO2
perdu
Solaire
Pétrolier
Solaire
Nucléaire
CO2
perdu
Charbon
déchets
Biomasse
Gaz naturel
Pétrole et combustibles bio
Résidentiel
Catalyseurs
Gaz
naturel
Stockage de l’hydrogèneStockage électrochimique
Pétrole
brut
Séquestration et stockage du dioxyde de carbone
Combustibles bio
Industriel
Chaleur
perdue
RESSOURCES ACHEMINEMENT, STOCKAGE ET TRANSFORMATION
Transport
Géothermique
Gaz naturel
CO2
perdu
Hydrogène
Hydrates de méthane
Recyclage et viabilité

Diff
Diffé érents secteurs de l rents secteurs de l’é ’énergie: nergie:
Un probl
Un problè ème de mat me de maté ériaux riaux
“La technologie est toujours limitée par la disponibilité des
matériaux “DARPA (circa 1960)
«
«Les mat Les maté ériaux sont essentiels riaux sont essentiels quelles que soient les approches
considérées, besoins constants de matériaux + performants»
Nucléaire
Hydrogène
Production-stockage
Batteries
Électrochromes
Organiques
Inorganiques
Stockage
électrochimique Photovoltaïques
Thermoélectriques
Supercondensateurs CO2
séquestration
Piles à
combustible

Mat
Maté ériaux pour l riaux pour l’é ’énergie du futur: nergie du futur:
D
Dé éfis fis
yThermoélectriques
T
S
ZT
κ
σ
2
=
àConflicting material properties !
T
S
ZT
κ
σ
2
=
S: Seebeck coefficient
àConflicting
σ :Electrical conductivity
k: Thermal conductivity
T
S
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σ
2
=T
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S: Seebeck coefficient
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σ :Electrical conductivity
k: Thermal conductivity
Au niveau des matériaux
Matériaux à propriétés multiples voire
antinomiques
yStockage électrochimique
Au niveau des systèmes
Matériaux Applications
Intégration, Continuum ….
La recherche, November 2009 issueLa recherche, November 2009 issue
Tesla roadster
Critères pour le matériau
d’électrode idéal :
3Conduction électronique élevée
3Diffusion rapide des ions
3Sites cristallographiques vacants
3Larges particules
Critères pour le matériau
d’électrode idéal :
3Conduction électronique élevée
3Diffusion rapide des ions
3Sites cristallographiques vacants
3Larges particules
Contexte du développement durable
yMaîtrise de toutes les étapes de la vie du matériau, de son élaboration à sa dégradation

Amélioration des
matériaux
existants
yComposition chimique, structure
yMorphologie via différents
procédés d’élaboration
Deux
approches
"Design" de
nouveaux
matériaux
yConsidérations chimiques, structurales
thermodynamiques et d’iono-covalences
Vers de meilleurs matériaux pour des
applications reliées à l’énergie
yMéthodes de théorie combinatoire
yChimiste expérimental Établir la boite à outils
Intuition
yChimiste théoricien