Le chaînon manquant vers l’énergie renouvelable

Quelle est la clé de l'utilisation des énergies alternatives, comme l'énergie solaire ou éolienne?
Le stockage — pour que nous puissions avoir de l'énergie à la prise quand il n'y a pas de soleil et que le vent ne souffle pas —. Dans cet exposé accessible et évocateur, Donald Sadoway nous montre au tableau l'avenir des batteries à grande échelle qui stockent l'énergie renouvelable? Comme il le dit : « Nous devons réfléchir au problème différemment. Nous devons voir grand. Nous devons penser bon marché. »

L'électricité qui alimente
les ampoules de cette salle,

a été générée il y a quelques instants.

Parce que de nos jours,

la demande en électricité doit toujours être

en équilibre avec son approvisionnement.

Supposons que pendant que
je me présentais sur scène

quelques dizaines de mégawatts
fournis par des éoliennes

arrêtaient d'approvisionner le réseau,

il faudrait générer l'équivalent en énergie

immédiatement à partir
d'autres génératrices .

Mais les centrales au charbon,
et les centrales nucléaires

ne peuvent répondre assez vite.

Une pile géante en serait capable.

Avec une pile géante,

nous serions capables
de régler les problèmes de disponibilité

qui empêchent les
énergies éoliennes et solaires

de contribuer au réseau comme

le peuvent les centrales nucléaires,
au charbon et au gaz.

Vous voyez, la pile

devient la clé de voûte du système.

Avec ça, nous pouvons produire de l'électricité

avec le soleil même s'il ne brille pas.

Ça change toute la donne.

Parce que les énergies renouvelables

comme l'éolienne et le solaire

partent des pales pour parvenir

jusqu'à cette scène.

Aujourd'hui je veux vous parler de ce système.

On l'appelle la pile au métal liquide.

C'est une nouvelle forme de stockage de l'énergie

que j'ai inventée au MIT

avec mon équipe d'étudiants

et de post-doctorants.

Le thème de la conférence TED, cette année,
est « Le spectre complet ».

Le Dictionnaire Oxford en donne cette définition:

« La gamme complète des longueurs d'ondes

du spectre électromagnétique,
en partant des ondes radio,

très longues, jusqu'aux
rayons gamma les plus courts

duquel la plage de la lumière visible

ne représente qu'une petite partie. »

Bon, je ne suis pas ici juste pour vous dire

comment mon équipe du MIT
a pu soutirer de la nature

la solution à l'un des plus
grands problèmes sur terre.

Je veux vous montrer la vue d'ensemble et
vous expliquer comment

tout en développant

cette nouvelle technologie,

nous avons découvert des
anticonformismes surprenants

qui peuvent servir de leçon pour l'innovation,

des idées qui valent qu'on les partage.

Vous savez,

si nous voulons sortir notre pays
de son cul-de-sac énergétique,

on ne peut pas simplement réduire
pour réussir;

on ne peut pas juste forer des puits
pour réussir;

on ne peut pas dynamiter
pour réussir.

Nous allons y arriver
de la bonne vielle façon américaine,

on va inventer pour réussir,

en travaillant ensemble.

(Applaudissements)

Alors, on y va.

La pile a été inventée il y a 200 ans environ

par le professeur Alessandro Volta,

à l'université de Padoue, en Italie.

Son invention a donné naissance
à une toute nouvelle

branche de la science, l'électrochimie,

et à de nouvelles technologies

comme
l'électro galvanisation.

On ignore pourtant que,

l'invention de la pile par Volta

a réussi à démontrer,
pour la première fois aussi,

l'utilité d'un professeur.

(Rires)

Avant Volta, personne ne s'imaginait

qu'un professeur puisse
servir à quoi que ce soit.

Voici la première pile

— un tas de monnaie, en zinc et en argent,

séparés par du carton trempé dans la saumure. —

C'est le point de départ

pour concevoir une pile

— deux électrodes,

dans ce cas-ci des métaux
de composition différente,

et un électrolyte,

dans ce cas du sel dissout dans l'eau —

Cette science est aussi simple que ça.

C'est vrai que j'ai omis quelques détails.

Bon, je vous ai montré

que la science de la pile est assez évidente

et que le besoin d'avoir une capacité de

stockage en réseau est essentielle,

mais en fait

de nos jour il n'y a aucune technologie des piles

capable de rencontrer

les performances exigeantes du réseau

c'est-à-dire une quantité
d'énergie peu commune,

une longue durée
(de vie)

et à un coût vraiment bas.

Il faut penser au problème différemment.

Nous devons élargir notre vision,

et penser à des solutions bon marché.

Alors oublions le paradigme

qui demande à trouver la chimie la plus hot

pour éventuellement s'attaquer
au coût de production

en le produisant en grande quantité.

Inventons plutôt

au prix de rentabilité du marché de l'électricité.

Ça signifie

que certaines sections du tableau périodique

deviennent hors d'atteinte automatiquement.

La pile doit être faite d'éléments

qui sont disponibles en abondance.

En fait si vous voulez produire à très faible coût,

utilisez de la poussière

(Rires)

— Surtout de la poussière

qui est produite localement —

Et il nous faut construire ce truc

en utilisant des techniques
facilement accessibles

dans des usines qui ne
coûtent pas des fortunes.

Alors il y a six ans environ,

j'ai commencé à penser à ce problème.

Et afin d'en obtenir une perspective
complètement nouvelle

j'ai cherché l'inspiration au-delà du
stockage de l'électricité.

En fait, j'ai regardé une technologie

qui ne stocke pas et ne génère pas d'électricité,

mais qui en consomme plutôt,

d'énormes quantités.

Je parle de la production d'aluminium.

Le procédé a été inventé en 1886

par un couple de deux jeunes de 22 ans

— un dénommé Hall aux États-Unis,
et Héroult en France —

Et quelques années après leur découverte,

l'aluminium s'est transformé

d'un métal précieux au coût similaire à l'argent

à un matériau structurel très commun.

Voici la salle de la pile d'une
fonderie d'aluminium moderne.

C'est 50 pieds de large

et ça contient environ un demi-mille

— en mettant les cellules bout à bout —

de ce qui ressemble à la pile de Volta,

avec trois différences importantes.

La pile de Volta fonctionnait
à la température de la pièce.

Elle est entourée d'électrodes solides

et d'un électrolyte qui est une
solution de sel et d'eau.

La pile Hall-Héroult

fonctionne à une température plus grande,

une température tellement élevée

que l'aluminium qu'il produit est liquide.

L'électrolyte

n'est pas une solution de sel et d'eau,

mais plutôt du sel qui est fondu.

C'est une combinaison de métal liquide,

et de sel fondu à haute température

qui nous permettent de faire circuler
un courant intense à travers ce truc.

Aujourd'hui nous pouvons produire
du métal pur à partir du minerai

pour aussi peu que 50 cents la livre.

Voilà le miracle économique

de l'électro-métallurgie moderne.

Voilà ce qui a attiré mon attention

au point que je suis devenu obsédé
par l'invention de cette pile

qui pouvait capter cette immense économie d'échelle.

Et je l'ai fait.

J'ai créé cette pile 100% liquide

— des métaux liquides provenant d'électrodes

et du sel fondu pour l'électrolyte —

Je vais vous montrer comment.

Bon, j'ai mis un métal à faible densité

sur le dessus

puis un métal liquide à haute densité en bas,

et du sel fondu entre les deux.

Alors maintenant,

comment choisir les métaux?

Pour ma part je débute toujours

l'exercice de conception ici

avec le tableau périodique,

rédigé par un autre professeur,

Dimitri Mendeleiev.

Tout ce que nous connaissons

est créé à partir d'une combinaison

de ce que vous voyez décrit ici.

Et ça comprend nos propres corps.

Je me souviens d'un moment bien précis

lorsque je cherchais une paire de métaux

qui rencontrerait les containtes

de l'abondance et de la disponibilité

des densités différentes, opposées,

et d'une réactivité mutuelle très grande.

J'ai ressenti le frisson de l'accomplissement

lorsque j'ai su que j'avais trouvé la réponse.

Du magnésium pour la couche du haut.

Et de l'antimoine

pour la couche du bas.

Vous savez, il faut que je vous dise,

un des plus grands avantages
de devenir professeur:

c'est la craie colorée.

(Rires)

Alors pour produire du courant,

le magnésium perd deux électrons

pour devenir l'ion magnésium,

qui migre ensuite à travers l'électrolyte,

pour accepter les deux électrons fournis par l'antimoine,

et qui ensuite s'y fixe pour former un alliage.

Les électrons partent travailler

dans le monde réel qui nous entoure,

afin de fournir l'énergie à nos appareils.

Pour charger une pile,

nous nous connectons à une source d'électricité.

Il pourrait s'agir d'un parc d'éoliennes.

Et ensuite on inverse le courant.

Ce qui force le magnésium à sortir de l'alliage

et à retourner dans l'électrode supérieure,

en restituant la constitution
initiale de la pile.

Et le courant qui passe entre les électrodes

génère assez de chaleur pour la maintenir à la
bonne température.

C'est vraiment hot,

du moins en théorie.

Mais est-ce que ça fonctionne?

Que faire ensuite?

Nous entrons dans le laboratoire.

Est-ce qu'il faut engager
des professionnels reconnus?

Non, j'embauche un étudiant

et je lui sert de mentor,

en lui montrant comment
je vois le problème,

pour qu'il le voit avec ma perspective

et ensuite je le laisse aller.

Voici cet étudiant, David Bradwell,

qui, sur cette photo,

se demande si ce truc va
bien fonctionner un jour.

Ce que je n'ai pas dit à David

c'est que je n'étais pas convaincu
que ça pouvait marcher.

Mais David est jeune et il est rusé

et il veut son Ph.D.,

et il commence la construction

(Rires)

Il commence à construire

la première pile liquide jamais inventée

en chimie.

Et suite aux résultats initiaux de David,
assez prometteurs,

qui ont été rétribués

avec les fonds de démarrage du MIT,

j'ai pu attirer des fonds
de recherche majeurs

du secteur privé

et du gouvernement fédéral.

Ça m'a permis d'accroître l'équipe
jusqu'à 20 personnes,

un mélange de diplômés,
de post-doctorants

et même de quelques bacheliers.

Et j'ai pu attirer des gens vraiment,
vraiment capables,

des gens qui partageaient ma passion

de la science et du service à la société,

non pas pour la science et
le développement de carrière.

Et si vous demandez à ces gens

pourquoi ils ont travaillé sur
la pile au métal liquide,

leur réponse résonnerait avec celle

de la présentation du Président Kennedy

à l'université Rice en 1962

lorsqu'il a dit
— et j'interprète librement ici —

« Nous choisissons de travailler
sur le stockage en réseau,

pas parce que c'est facile,

mais parce que c'est difficile. »

(Applaudissements)

Donc voici l'évolution de
la pile au métal liquide.

Nous avons commencé avec
notre « cheval-vapeur » d'un watt-heure.

Je l'ai nommé le shooter.

Nous en avons fait fonctionner plus de 400,

en perfectionnant leurs performances
avec une pléthore d'éléments chimiques

— pas juste le magnésium et l'antimoine —

En progressant nous
avons créé la pile de 20 watt-heure.

Je l'appelle la rondelle de hockey.

Et nous avons obtenu le même
résultat remarquable.

Ensuite ce fut le tour de la soucoupe.

C'est 200 watt-heures.

La technologie commençait à devenir

robuste et extensible.

Mais on ne progressait pas assez vite à notre goût.

Alors il y a un an et demi,

David et moi

ainsi qu'un autre membre
de l'équipe de recherche,

avons fondé une compagnie

pour accélérer le taux de progression

et la course au produit manufacturé.

Alors aujourd'hui chez LMBC,

nous construisons des piles
de 16 pouces de diamètre

avec une capacité de un kilowatt-heure

— 1 000 fois la capacité

du shooter d'origine —

Nous l'appelons la pizza.

Et nous avons maintenant une pile de quatre kilowatt-heure dans les plans.

Elle aura 36 pouces de diamètre.

Nous l'appelons la table de bistro,

mais elle n'est pas encore prête pour être présentée publiquement.

Et une variante de la technologie

nous fait mettre ces tables
de bistro en modules

en les rassemblant en modules
dans une pile géante

qui remplit un conteneur de 40 pieds

pour placement à l'extérieur.

Et la capacité nominale du système est de
deux mégawatts-heures

— deux millions de watt-heure —

C'est l'énergie suffisante

pour rencontrer les besoins journaliers

de 200 foyers américains.

Alors je vous le présente, le stockage en réseau:

silencieux, sans émissions polluantes,

sans parties mobiles,

contrôlé à distance,

et conçu pour rencontrer le prix du marché

sans subvention.

Qu'avons-nous appris de cette expérience?

(Applaudissements)

Qu'avons-nous appris de cette expérience?

Laissez-moi partager avec vous

quelques surprises, les anticonformismes.

Elles se cachent derrière le visible.

La température:

La sagesse nous dit : laissez-la basse,

près de la température de la pièce,

et ensuite installer un système
de contrôle pour qu'elle y reste.

Évitez l'emballement thermique.

La pile au métal liquide est conçue
pour fonctionner à haute température

avec un contrôle minimal.

Notre pile peut supporter
les grandes hausses de température

qui proviennent des pointes
de la demande actuelle.

Extensible: La sagesse nous dicte

de réduire les coûts en
produisant beaucoup.

La pile au métal liquide est conçue
pour réduire les coûts

en en produisant peu, mais de plus grandes.

Et finalement, les ressources humaines:

La sagesse dicte

qu'il faut embaucher des experts des piles,

des professionnels chevronnés,

qui peuvent compter sur
leur expérience et leur savoir.

Pour développer la pile
au métal liquide,

j'ai embauché un étudiant
et des post-doctorants

et je leur ai montré. Dans une pile,

j'essaie de maximiser
le potentiel électrique;

lorsque je mentore,

j'essaie de maximiser le potentiel humain.

Alors vous voyez,

l'histoire de la pile au métal liquide

est plus qu'un récit

sur le développement des technologies,

c'est un plan

pour inventer des inventeurs,
de tous les domaines.

(Applaudissements)