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La chimie au Collège de France

La chimie pour une meilleure gestion de l’énergie

Jean-Marie TARASCON
p. 16-17

Texte intégral

1L’énergie est définitivement l’élément moteur des sociétés modernes, de leur croissance mais aussi de leur développement

2Le monde est devenu une machine qui avance en utilisant l’électricité que lui délivrent des lignes hautes tensions. Certains analystes ont prédit que le watt pourrait devenir notre prochaine unité monétaire. Cette analyse est discutable car si l’énergie est chaque jour davantage au cœur des enjeux économiques et sociétaux, la comparaison doit être affinée, car de même qu’il y a plusieurs devises monétaires, il y a plusieurs sources de watt, et demain le watt le plus fort sera celui qui demandera le moins de devises. Un tel scénario justifie un besoin croissant pour la conversion et le stockage de l’énergie afin de faciliter l’utilisation des énergies renouvelables et de favoriser le transport électrique. Quels que soient les systèmes actuels de stockage/conversion d’énergie (piles à combustible, batteries, cellules photovoltaïques), ils ont en commun de souffrir du manque de matériaux adéquats à leur production. C’est-à-dire qu’ils sont tous tributaires des caprices de la chimie à ne pas fournir des matériaux performants sur demande.

3Les chimistes ont réussi à répondre partiellement à cette demande avec l’élaboration de la technologie Li‑ion, qui constitue la plus grande avancée électrochimique du xxe siècle.

4En seulement vingt ans, cette technologie a donné naissance à une industrie florissante. Elle a conquis le marché de l’électronique portable et est devenue le meilleur choix pour le véhicule électrique, voire pour les applications réseaux.

5Malheureusement, comme beaucoup de technologies, elle ne pourra satisfaire tous les espoirs fondés sur elle. Les estimations des réserves de lithium que l’on sait restreintes mettent en évidence les limites de l’utilisation de cette technologie à très grande échelle. Pour faire face à la possible pénurie de lithium que de nombreux journaux, certes trop alarmistes, n’ont cessé d’évoquer récemment, les chimistes redonnent actuellement une vie à la chimie du sodium via l’élaboration de nouveaux matériaux à charpentes ouvertes capables d’insérer de façon réversible des ions sodium.

6L’actualité de l’énergie, c’est bien évidemment le développement durable, contexte qui ajoute une autre contrainte, voire opportunité, pour les chimistes. Des ruptures technologiques et non des améliorations incrémentales sont nécessaires. Pour cela il faut se détourner des sentiers battus et inciter le chimiste à s’orienter vers des modes de synthèse innovants, à explorer de nouvelles voies, voire élaborer de nouveaux concepts.

7L’une des voies les plus fascinantes consiste à se tourner vers des organismes primitifs (virus, algues unicellulaires, bactéries) capables de produire des minéraux nanométriques par la bio-minéralisation qui met en jeu des catalyseurs (enzymes) très efficaces, approche susceptible d’offrir une nouvelle vie à des matériaux négligés ou d’un intérêt jugé limité pour les applications énergétiques. Dans la même lignée, bien qu’ils soient préliminaires, les travaux actuels sur des batteries à base d’électrodes organiques renouvelables préparées selon les concepts de la « chimie verte » pourraient révolutionner dans le futur la façon dont on stocke l’énergie. Tous les processus énergétiques du vivant sont basés sur des couples redox impliquant des molécules organiques (cycle de Krebs par exemple). Pourquoi, nous chimistes, ne pourrions-nous pas faire en sorte qu’un jour elles servent aussi à l’alimentation de nos appareillages domestiques ainsi qu’à celle de nos automobiles ? Sans rêve, la vocation de chimiste ne peut exister.

Que sera la chimie de demain pour ce qui est du volet énergétique ?

8En raison de l’échelle de temps limitée dans laquelle nous travaillons, elle devra être guidée par des études prédictives. Les progrès effectués en matière de calculs théoriques visant à créer « un génome des matériaux » sont encourageants. Toutefois, l’intuition du chercheur, sa curiosité et sa main verte resteront essentielles pour toute aventure future. Il est certain également que l’augmentation de la transdisciplinarité facilitera de nouvelles avancées. Aussi, selon toute vraisemblance, les prochaines découvertes se feront aux confins de plusieurs disciplines, entre biologie, chimie et physique, d’où la nécessité de fédérer diverses communautés et de créer des melting pots de culture scientifique.

9La chimie a définitivement révolutionné notre espérance de vie, nos moyens de vivre et nos modes de vie. Pour cela, elle a puisé dans les réserves minérales et végétales de notre planète. Sans matériaux fossiles et pétrochimie, notre chimie de synthèse serait orpheline. Sans les minerais et la chimie associée des matériaux (association entre un composé chimique et son procédé d’élaboration) qui permettent de les doter de propriétés magnétiques, électroniques et optiques spéciales, nous ne disposerions pas aujourd’hui d’une telle diversité de dispositifs performants dont l’humanité devient dépendante.

10Nous dépendons d’une planète dont nous avons consommé en quelques décennies, voire quelques siècles, les ingrédients qu’elle a mis des milliards d’années à produire.

11Chimistes, unissons-nous pour divulguer ce message et faire en sorte que cette année de la chimie nous fasse prendre conscience de ce fait et, par là même, nous fasse sanctionner le début d’une autre chimie déjà baptisée « Chimie de réincarnation ».

12Il s’agit d’une chimie centrée sur le recyclage et qui a pour but de redonner une seconde vie à des éléments chimiques en voie d’épuisement. Recyclage n’est certes pas un mot chic pour notre communauté qui trop souvent repose sur des effets de mode ou d’annonce ; cependant, cette activité deviendra essentielle dans les décennies à venir. Que le chimiste reste humble et créatif, qu’il sache servir de messager et de gardien de la déontologie et de l’éthique vis-à-vis de notre société, l’année de la chimie n’en sera que plus belle.

Scénarios de recherche actuels sur des cycles de conversion et de stockage de l’énergie à empreintes CO2 minimales.

Scénarios de recherche actuels sur des cycles de conversion et de stockage de l’énergie à empreintes CO2 minimales.
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Table des illustrations

Titre Scénarios de recherche actuels sur des cycles de conversion et de stockage de l’énergie à empreintes CO2 minimales.
URL http://lettre-cdf.revues.org/docannexe/image/1192/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 350k
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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France no 31, Paris, Collège de France, juin 2011, p. 16-17, ISSN 1628-2329.

Référence électronique

Jean-Marie TARASCON, « La chimie pour une meilleure gestion de l’énergie », La lettre du Collège de France [En ligne], 31 | juin 2011, mis en ligne le 28 novembre 2011, consulté le 21 avril 2014. URL : http://lettre-cdf.revues.org/1192

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Auteur

Jean-Marie TARASCON

Professeur au Collège de France, titulaire de la chaire de Développement durable – environnement, énergie et société (2010-2011).

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Droits d'auteur

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