Vous êtes accro au cellulaire? Alors Thomas Bibienne travaille pour vous. Si son projet de téléphone à l’hydrogène se concrétise, à peine aurez-vous le temps de dire «allo» que votre appareil sera rechargé.
En fait, soyons précis, il ne s’agirait pas de «recharger», comme on le fait avec une batterie électrique conventionnelle, mais plutôt de «faire le plein» d’hydrogène dans un réservoir qui, lui, alimenterait une pile à combustible. C’est à l’Institut de recherche sur l’hydrogène (IRH), à l’Université du Québec à Trois-Rivières, que le jeune doctorant en sciences de l’énergie et des matériaux mène ses expériences sous la direction du professeur Jacques Huot.
Concevoir un tel réservoir n’est pas aisé. Les molécules d’hydrogène sont si ténues, si légères, qu’il est difficile de trouver un matériau suffisamment étanche pour les retenir.
À l’état gazeux, l’hydrogène occupe beaucoup d’espace. On peut le comprimer, mais l’opération est coûteuse en énergie. Et il nécessite un réservoir hautement résistant, qui ne risquera pas d’éclater sous la pression. On pourrait le stocker sous forme liquide, mais il faudrait alors le refroidir à -253 °C. «Même au Québec, les hivers ne sont pas si froids!» plaisante le chercheur. La solution qu’il propose est de stocker l’hydrogène sous sa forme gazeuse – oui – mais à l’intérieur d’un solide.
«Je ne suis pas le premier à tenter cela, de nombreuses recherches ont été menées depuis une vingtaine d’années afin d’obtenir le matériau idéal. Je travaille sur un alliage de trois métaux: titane, vanadium et chrome. J’ajoute aussi du nickelure de zirconium.» Les métaux bruts sont d’abord fondus plusieurs fois à plus de 2 000 °C dans un four à arc électrique pour assurer la distribution homogène des éléments. Tout cela se fait dans un nuage d’argon qui élimine tout risque d’oxydation. Puis on laisse refroidir. Une fois durci, le mélange de métaux est réduit en poudre. «J’obtiens environ 4 g d’alliage, mais je mène mes tests sur seulement 300 mg à la fois.»
Observé au microscope électronique à balayage, chaque grain de poudre révèle une microstructure particulière. Dans la matrice uniforme de titane, de vanadium et de chrome, des nervures de nickelure de zirconium tracent de fins chemins entrecroisés. C’est dans cet agencement unique que les molécules d’hydrogène s’insèrent lors des tests en laboratoire.
Les tests en question consistent à exposer la poudre à de l’hydrogène gazeux sous pression. Les molécules de gaz s’insinuent alors dans les minuscules espaces entre les atomes de métal; et elles y restent. C’est comme faire entrer de l’eau dans une «nano-éponge» dont les espaces vides se situeraient entre les atomes de l’alliage. «Seules des molécules d’hydrogène sont assez petites pour pénétrer entre les atomes des métaux», explique le chercheur. Avant et après le procédé, Thomas Bibienne pèse la poudre pour connaître la quantité d’hydrogène absorbée. «Pour le moment, c’est dans un alliage contenant 52% de titane, 12% de vanadium et 36% de chrome, que j’arrive à faire absorber la plus grande quantité d’hydrogène, précise-t-il.
Le poids de la poudre augmente de 3%, soit de 9 mg d’hydrogène dans 300 mg d’alliage.» Les molécules sont donc stockées cinq fois plus proches les unes des autres que sous forme de gaz libre.
Ensuite, en réduisant la pression d’hydrogène, il permet aux molécules de gaz de s’échapper, par exemple vers une pile à combustible. «J’imagine des stations de recharge pour téléphones cellulaires, dit-il. Quand l’utilisateur s’apercevra que son appareil est déchargé, il n’aura qu’à le brancher à une station, attendre 30 secondes pour faire le plein, puis reprendre sa conversation là où elle en était!»
Dans un proche avenir, les applications mobiles seront de plus en plus
nombreuses et de plus en plus énergivores. L’autonomie des batteries sera donc réduite d’autant et il faudra recharger les appareils plus souvent. Aussi bien que ce soit rapide, non?