matériaux de stockage d'hydrogène

À l'intérieur de l'acier d'un futur réacteur de fusion se forment de minuscules bulles d'hélium, et sur leurs parois se joue un drame chimique. Les atomes de chrome et de tantale, tels des gardiens, prennent place à la limite de la cavité et changent les règles du jeu pour l'hydrogène.

Un livre dont les pages sont maintenues par des loquets : on ne peut les tourner que si l'on sait cliquer sur la tranche. C'est à peu près ainsi que fonctionne le métamatériau mécanique dont il est question. Chaque cellule est une petite masse à l'intérieur d'une plus grande, reliée à celle-ci par une poutre élastique. La poutre peut occuper deux positions stables, comme un interrupteur.

Chaque nuit martienne, les cristaux de sel à la surface de la planète absorbent l'humidité de l'air raréfié, comme une éponge qui se remplit d'eau au contact d'un chiffon humide. Au matin, une saumure microscopique s'est accumulée à l'intérieur, et le jour, quand la température monte, elle se retrouve piégée dans de minuscules cavités.

L'eau chaude après une douche, l'air tiède de la ventilation, les parois chaudes d'un moteur : toute cette chaleur en dessous de 100 °C se dissipe généralement sans avoir fait le moindre travail. Désormais, on peut la capter et la transformer en électricité. Au cœur du nouveau dispositif se trouve un fil en alliage nickel-titane.

La matière noire — l'architecte invisible de l'Univers, qui empêche les galaxies de se disperser. Grâce à Fritz Zwicky et Vera Rubin, nous savons que la matière ordinaire dans le cosmos n'est qu'une infime impureté. Mais que se cache-t-il derrière cette matière noire ?

Une sub-Neptune est une planète dont la taille se situe entre celle de la Terre et celle de Neptune. Ces mondes sont très nombreux dans notre Galaxie, mais leur structure est encore débattue. Une nouvelle étude montre que, dans leur jeunesse, ces planètes se comportent comme une éponge imbibée d'eau.

La surface martienne est un endroit où tout être vivant meurt rapidement. Les rayons cosmiques et les oxydants omniprésents stérilisent la couche supérieure du sol. Mais il suffit de creuser un peu plus profond pour que le tableau change. Là où les ultraviolets n'atteignent pas, une zone propice à la vie pourrait se cacher. Cette zone repose sur un carburant étrange : le rayonnement.

Lancez une balle presque parallèlement à un mur : elle glissera le long de celui-ci avant de rebondir. Il en va de même pour un faisceau lumineux : lors d'une réflexion sous un angle rasant, il se déplace de quelques micromètres. Ce décalage de Goos-Hänchen a longtemps été considéré comme un simple paradoxe amusant.

Les batteries quantiques exploitent les effets quantiques pour contourner les limites des dispositifs ordinaires liées à l'entropie – cette mesure du désordre et des pertes d'énergie. C'est comme un seau sous un puissant jet d'eau : le remplissage est fulgurant.

Une particule d'or de la taille d'une centaine d'atomes est exposée à un faisceau lumineux et s'échauffe. Dans la vie courante, cela n'a rien de grave, mais dans le monde des nanotechnologies, cette chaleur minuscule peut abîmer un biocapteur ou griller une micropuce. Impossible d'y installer un ventilateur : à ces échelles, la chaleur reste piégée, comme dans une grosse doudoune.

La planète rouge est entourée de débris de mondes avortés — des blocs de pierre remplis de métal. Envoyer un kilogramme d'acier de la Terre vers Mars coûte autant que plusieurs voitures. Il est bien moins cher de récupérer de la ferraille spatiale directement en orbite.

On pensait autrefois que l'hydrogène se mélangeait à peine au fer liquide à basse pression, donc on ne l'attendait pas dans le noyau lunaire. De nouvelles expériences ont renversé cette vision.

L'hydrogène est un carburant idéal : lorsqu'on l'utilise, il ne produit que de l'eau, et non du dioxyde de carbone. Le problème, c'est que l'hydrogène est le gaz le plus léger qui soit ; ses molécules s'infiltrent à travers n'importe quel contenant.

Les panneaux solaires classiques transforment la lumière en électricité, mais ici, la lumière décompose l'eau en hydrogène et en oxygène. L'hydrogène est un carburant propre, mais le processus est lent. Pour l'accélérer, on ajoute des substances auxiliaires qui cèdent des électrons. Souvent, c'est de l'alcool, mais c'est dommage de le gaspiller.

Lorsque les serveurs d'un centre de données fonctionnent à pleine puissance, ils chauffent comme un fer à repasser laissé sans surveillance. Cette chaleur part dans le vide, et le refroidissement consomme encore plus d'énergie. Des ingénieurs allemands ont proposé de mettre cette chaleur à profit : qu'elle pousse elle-même le liquide dans de fins tubes, sans aucun moteur ni pompe.

L'hydrogène est le gaz le plus léger, mais il sait s'infiltrer dans les métaux. Si l'on comprime de l'hydrogène dans une bouteille en acier à haute pression, une partie des atomes se glisse entre les atomes du métal. Le métal peut devenir cassant comme un biscuit sec.

La membrane pour l'électrolyse de l'eau ressemble à une éponge imbibée d'eau. À l'intérieur, les ions hydroxyde — des particules qui transportent la charge électrique — doivent pouvoir se déplacer librement.

L'hydrogène est le champion de l'énergie par kilogramme, mais le stocker est une vraie galère. Sous forme de gaz, il occupe un volume énorme, et si on le comprime ou le refroidit pour le liquéfier, il faut des bouteilles lourdes et beaucoup d'énergie.

La surface martienne est aujourd'hui une demeure froide et presque sans air. Beaucoup rêvent de la reconstruire entièrement : réchauffer la planète, la remplir d'air à partir de dioxyde de carbone et d'azote.

La poudre de fer, chauffée entre 650 et 800 degrés, absorbe l'hydrogène comme une éponge sèche absorbe l'eau. Mais après quelques cycles, les particules s'agglutinent en une masse compacte, et l'éponge cesse de fonctionner. L'ajout de tungstène change la donne : à chaque chauffe, la poudre se fouette elle-même, restant meuble et poreuse.

L'hydrogène est un carburant propre : en brûlant, il ne produit que de l'eau. Mais pour l'extraire de l'eau, il faut briser la liaison solide entre l'hydrogène et l'oxygène. On utilise généralement du platine, un métal coûteux.

Les accumulateurs modernes à électrolyte liquide peuvent fuir ou prendre feu. Les électrolytes polymères, solides comme du plastique, règlent ce problème, mais les ions s'y déplacent plus lentement, et la batterie perd de la puissance.

À l'intérieur d'une pile à combustible, les protons doivent traverser rapidement le matériau solide, comme des passagers franchissant les tourniquets à l'heure de pointe. Si les tourniquets sont rares et étroits, le courant est faible.

Un fil ordinaire chauffe quand le courant le traverse. Un supraconducteur, non. Mais presque tous les supraconducteurs connus fonctionnent soit à très basse température, soit sous une pression énorme, comme dans les entrailles des planètes. Les scientifiques cherchent depuis longtemps un matériau qui évite ces extrêmes.

Un vieux t-shirt dissous dans une solution alcaline donne un gel, qui devient le cœur d'un accumulateur d'énergie. Le second composant est fabriqué à partir de chitosane, une substance extraite des carapaces de crevettes. Pas de métaux : uniquement du coton recyclé et des fruits de mer.

Dans un bocal de liquide huileux flottent des millions de minuscules grains magnétiques — chacun de la taille d'une bactérie. On allume un aimant, et les grains, tels des petits soldats disciplinés, s'alignent en longs filaments. Mais pourquoi forment-ils des filaments plutôt que des amas ? Il s'avère que le magnétisme n'est pas seul en cause.

La matière noire est invisible, mais on peut la surprendre au rebond. L'hydrogène intégré dans un film de carbone agit comme une boule de billard : lorsqu'une particule de matière noire le percute, le proton s'échappe. Cette éjection est précisément le signal recherché.

Une imprimante qui n'utilise pas d'encre mais du métal et de la céramique, c'est désormais une réalité. Des scientifiques ont pris une simple goutte d'eau contenant des sels métalliques dissous et l'ont amenée à déposer sur une surface tantôt du cuivre, tantôt de l'oxyde de zinc, tantôt de l'hydroxyde de nickel.

Pour savoir s'il y a de l'eau dans une roche martienne sans la briser, les scientifiques ont utilisé la radiographie par neutrons et rayons X — comme à l'hôpital. Les neutrons détectent l'hydrogène, composant de base de l'eau, et permettent de dresser une carte de l'humidité à l'intérieur de l'échantillon.

Au cœur de nombreuses galaxies se cachent des trous noirs supermassifs, entourés de disques de gaz, de poussière cosmique et d'étoiles. Leurs collisions peuvent engendrer des ondes gravitationnelles — des ondulations de l'espace-temps.

La méthode habituelle pour congeler une cellule vivante ressemble à une tentative de lui enfiler un scaphandre : il faut d'abord introduire une substance protectrice à l'intérieur, mais pendant qu'elle traverse la membrane, la cellule peut éclater à cause du choc osmotique ou être empoisonnée par les produits chimiques.

Un réacteur à fusion ressemble à une immense marmite où l'on « cuit » de l'hélium à partir de hydrogène. Le plasma y est chauffé à 150 millions de degrés — dix fois plus chaud que le cœur du Soleil. Mais comme dans toute marmite, du tartre se forme : des impuretés nocives qui se déposent sur les parois et étouffent le plasma.