Une thèse grenobloise qui pourrait inspirer les matériaux biosourcés de demain…
Le défi : des batteries ultra-performantes, légères et flexibles
Imaginez un smartphone qui se recharge en 30 secondes, une montre connectée qui se plie comme du papier, ou des capteurs médicaux intégrés à des vêtements. Pour y parvenir, les scientifiques planchent sur les micro-supercondensateurs : des dispositifs capables de stocker et libérer de l’énergie 10 à 100 fois plus vite que les batteries lithium-ion classiques, tout en étant flexibles et miniaturisables.
Problème : les matériaux actuels (comme les carbones activés) manquent de densité d’énergie (ils stockent peu) ou de résistance mécanique (ils cassent quand on les plie).
C’est là qu’intervient la thèse de Marc Dietrich, qui explore une recette révolutionnaire : Carbone + Nanofils de silicium + Polymères conducteurs = Électrodes ultra-performantes !
La recette secrète : un "sandwich" nanométrique
Dietrich et son équipe (Université Grenoble Alpes / CEA) ont conçu un nanocomposite en 3 couches :
- 🖤 Une base de fibres de carbone :
- Rôle : conducteur électrique et support mécanique.
- Pourquoi pas du chanvre ? Le carbone peut être issu de fibres de chanvre pyrolyisées (un procédé déjà étudié pour les supercondensateurs biosourcés). Une piste à creuser pour une version 100% verte !
- 🔬 Des nanofils de silicium (SiNWs) enrobés d’aluminium :
- Rôle : augmenter la surface de stockage (comme une éponge à électrons).
- Le silicium est abondant, mais fragile : l’aluminium le protège et améliore la conductivité.
- 🧬 Un polymère conducteur (type PEDOT) :
- Rôle : lier le tout et ajouter une capacité de stockage supplémentaire via des réactions chimiques réversibles (dopage/dédopage).
- Résultat : une électrode solide, flexible et ultra-rapide !
Performances : jusqu’à 10 fois mieux que les carbones activés !
Les tests en laboratoire montrent que ce nanocomposite :
- Stocke plus d’énergie (densité volumique élevée, idéale pour les films minces).
- Résiste à la flexion (parfait pour l’électronique portable).
- Se recharge en quelques secondes (grâce à la conductivité des polymères).
Et le chanvre dans tout ça ?
Bien que la thèse utilise des fibres de carbone synthétiques, elle ouvre des perspectives pour les matériaux biosourcés :
- Le chanvre pyrolyisé produit un carbone poreux idéal pour les électrodes.
- Des études (comme celles de l’INRAE) montrent que les fibres de chanvre traitées peuvent remplacer le graphite dans les batteries.
- Avantages :
- Écologique (culture à faible empreinte carbone).
- Économique (le chanvre est moins cher que les nanomatériaux synthétiques).
- Recyclable (contrairement au silicium, difficile à recycler).
Exemple : La startup Hemp Battery (Italie) utilise déjà du chanvre pour des batteries de voitures !
Applications futures : où trouver ces supercondensateurs ?
Si cette technologie est industrialisée, elle pourrait équiper :
- Les wearables (vêtements intelligents, capteurs médicaux).
- L’électronique flexible (écrans pliables, étiquettes RFID auto-alimentées).
- Les énergies renouvelables (stockage décentralisé pour panneaux solaires).
- Les véhicules électriques (recharge ultra-rapide).
La thèse de Dietrich
La thèse de Dietrich prouve que l’alliance du carbone, des nanotechnologies et des polymères peut dépasser les limites des batteries actuelles. Pour les acteurs du chanvre, c’est une opportunité :
- Collaborer avec les laboratoires pour tester des fibres de chanvre dans ces nanocomposites.
- Développer des filières locales de carbone biosourcé pour l’électronique.
- Anticiper les besoins en matériaux durables pour la transition énergétique.
Pour aller plus loin
- Lire la thèse complète : Lien HAL (pages 100-120 pour les résultats clés).
- Découvrir les supercondensateurs à base de chanvre :
- Étude : "Hemp-derived carbon for supercapacitors" (Journal of Power Sources, 2020).
- Startup : Hemp Battery.
- Suivre les avancées du CEA Grenoble sur les matériaux flexibles.
