Paris, 30 septembre 2015
Une nouvelle électrode multiplie par mille la capacité de stockage des micro-supercondensateurs

Développés depuis une dizaine d'années, les micro-supercondensateurs constituent une alternative intéressante aux micro-batteries en raison de leur puissance élevée et de leur longue durée de vie. Mais jusqu'à présent, ils stockaient considérablement moins d'énergie que les micro-batteries, ce qui limitait leur utilisation. Or, des chercheurs du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS)1, à Toulouse, et de l'INRS2, au Québec, viennent de mettre au point un matériau d'électrode qui permet à ces condensateurs électrochimiques de se rapprocher des résultats des batteries, sans pour autant perdre leurs avantages. Ces travaux sont publiés le 30 septembre 2015 dans la revue Advanced Materials.
Avec le développement des systèmes électroniques embarqués3 et des technologies sans fil, la miniaturisation des dispositifs de stockage d'énergie est devenue nécessaire. Très répandues, les micro-batteries engrangent une grande quantité d'énergie grâce à leurs propriétés chimiques. Elles craignent par contre les écarts de température et souffrent d'une faible puissance électrique et d'une durée de vie limitée, souvent aux alentours de quelques centaines de cycles de charge/décharge. À l'inverse, les micro-supercondensateurs disposent d'une grande puissance et d'une durée de vie théoriquement infinie, mais ne peuvent stocker qu'une faible quantité d'énergie.

S'ils font l'objet d'un nombre croissant de travaux depuis une dizaine d'années, les micro-supercondensateurs n'ont pas encore trouvé d'applications concrètes. En effet, leur faible densité d'énergie, c'est-à-dire la quantité d'énergie qu'ils peuvent emmagasiner sur un volume ou une surface donnés, ne leur permet pas d'alimenter durablement des capteurs ou des composants électroniques. Des chercheurs de l'équipe Intégration de systèmes de gestion de l'énergie du LAAS-CNRS, en collaboration avec l'Institut national de la recherche scientifique du Québec, ont réussi à lever cette limitation en alliant le meilleur des micro-supercondensateurs et des micro-batteries.

Ils ont ainsi mis au point un matériau d'électrode dont la densité d'énergie surpasse tous les systèmes proposés jusqu'à présent. L'électrode est constituée d'une structure en or extrêmement poreuse, synthétisée par un procédé électrochimique, dans laquelle de l'oxyde de ruthénium a été inséré. Ces matériaux onéreux restent ici utilisables, car la taille des composants est de l'ordre du millimètre carré. Cette électrode a ensuite servi à fabriquer un micro-supercondensateur d'une densité d'énergie de 0,5 J/cm², soit environ 1000 fois celle des micro-supercondensateurs existants, et un résultat très proche des caractéristiques des micro-batteries Li-ion actuelles.

Avec cette nouvelle densité d'énergie, leur longue durée de vie, leur forte puissance et leur tolérance aux écarts de température, ces micro-supercondensateurs pourraient enfin être utilisés sur des microsystèmes embarqués autonomes et intelligents.

électrode
© Anaïs Ferris – LAAS
Cliché obtenu par microscopie électronique à balayage d'une structure 3D poreuse en or.


Télécharger le communiqué de presse : CP microsupercondensateur

Notes :
1 Le LAAS fait partie des Instituts Carnot, label qui souligne sa capacité à mener des activités de recherche propres à renouveler leurs compétences scientifiques et technologiques, et une politique volontariste en matière de recherche partenariale au profit du monde socio-économique.
2 Institut national de la recherche scientifique
3 Les systèmes embarqués sont des systèmes électroniques autonomes. Ils doivent souvent répondre à des contraintes de taille et de consommation.

Références :
3D RuO2 Micro-Supercapacitors with Remarkable Areal Energy, Anaïs Ferris, Sébastien Garbarino, Daniel Guay et David Pech. Advanced Materials, 30 septembre 2015.
DOI : 10.1002/adma.201503054
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Gyroscope    



Exemple de gyroscope avec trois degrés de liberté de rotation autour de trois axes. Le rotor (plateau central en rotation) gardera son axe de rotation fixe quelles que soient les orientations des cercles extérieurs.
Un gyroscope (du grec « qui observe la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire en physique (ou encore stabilité gyroscopique ou effet gyroscopique). Cette loi fondamentale de la mécanique veut qu'en l'absence de couple appliqué à un solide en rotation, celui-ci conserve son axe de rotation invariable. Lorsqu'un couple est appliqué à l'appareil, il provoque une précession ou une nutation du solide en rotation. Dans les capteurs : un gyroscope est un capteur de position angulaire et un gyromètre un capteur de vitesse angulaire. Le gyroscope donne la position angulaire (selon un, deux ou les trois axes) de son référentiel par rapport à un référentiel inertiel (ou galiléen).

Sommaire  [masquer]
        1 Effet gyroscopique
        2 Le gyroscope de Foucault
        3 Généralités
        4 Lois physiques
        5 Utilisations
        6 Notes et références
        7 Voir aussi
        7.1 Articles connexes
        7.2 Liens externes

Effet gyroscopique
L'essentiel du dispositif est une roue (ou tout objet correctement équilibré) tournant sur un axe qui, une fois lancée tend à résister aux changements de son orientation.
Une façon simple d'expérimenter cet effet consiste à tenir à bout de bras une roue de vélo par les écrous du moyeu et de la faire faire tourner rapidement par une autre personne. Lorsque l'on tente de pencher sur le côté la roue en rotation, on ressent une résistance. C'est la conservation du moment de rotation qui tend à s'opposer à ce mouvement.
Le gyroscope de Foucault
Le gyroscope fut inventé et nommé en 1852 par Léon Foucault pour une expérimentation impliquant la rotation de la Terre. La rotation avait déjà été mise en évidence par le Pendule de Foucault. Cependant Foucault ne comprenait toujours pas pourquoi la rotation du pendule s'effectuait plus lentement que la rotation de la Terre (d'un facteur :
Un autre instrument était donc nécessaire pour mettre en évidence la rotation de la Terre de façon simple. Foucault présenta ainsi en 1852 un appareil capable de conserver une rotation suffisamment rapide (150 à 200 rotations par seconde) pendant un laps de temps suffisamment long (une dizaine de minutes) pour que des mesures observables puissent être effectuées. Cette prouesse mécanique (pour l'époque) illustre le talent en mécanique de Foucault et de son collaborateur, Froment1,2.
Foucault se rendit aussi compte que son appareil pouvait servir à indiquer le nord. En effet, en bloquant certaines pièces, le gyroscope s'aligne sur le méridien. Le compas gyroscopique était né. On trouvera également ce dispositif pour le guidage inertiel des missiles et, par exemple, le pilotage vers la Lune lors du programme Apollo3. On en trouve également dans les satellites artificiels pour le contrôle de l'attitude.
Généralités
Le fonctionnement du gyroscope repose sur la conservation du moment angulaire (ou moment cinétique).
Les gyroscopes peuvent être utilisés pour construire des compas gyroscopiques qui complémentent ou remplacent les compas magnétiques (boussoles)- dans les navires, aéronefs et véhicules en général - ainsi que pour aider à la stabilité des motocyclettes, du télescope spatial Hubble et comme un dépôt pour le moment angulaire pour les roues inertielles. Contrairement à une idée répandue, le phénomène de précession est négligeable dans le cas de l'équilibre d'une bicyclette4.
Les effets gyroscopiques sont aussi la base de jouets comme les yo-yos, Powerballs et les toupies.
Le nombre de gyroscopes utilisés dans le monde explose dorénavant car ils équipent un nombre croissant de smartphones. Ils servent à repérer précisément la position et l'orientation de l'appareil dans l'espace.
Lois physiques


Exemple de mouvement de précession de l'axe d'un gyroscope.
L'équation fondamentale décrivant le comportement du gyroscope est :


où les vecteurs et sont respectivement le moment (ou couple) sur le gyroscope et son moment cinétique, le scalaire I est son moment d'inertie, le vecteur  est sa vitesse angulaire, et le vecteur  est son accélération angulaire.
Il découle de cela qu'un moment  appliqué perpendiculairement à l'axe de rotation, et donc perpendiculaire à , provoque un déplacement perpendiculaire à la fois à  et . Ce mouvement est appelé précession. La vitesse angulaire de la précession ΩP est donnée par

Le phénomène de précession peut être observé en plaçant un gyroscope tournant autour de son axe vertical et soutenu par le sol ou un point fixé au sol à une extrémité. Au lieu de tomber comme on peut s'y attendre, le gyroscope apparaît comme défiant la gravité en restant sur son axe vertical, même si un bout de l'axe n'est pas soutenu. L'extrémité libre de l'axe décrit lentement un cercle dans un plan horizontal. Les équations précédentes décrivent cet effet. Le moment du gyroscope est fourni par un couple de forces : la gravité pousse vers le bas le centre de la masse du dispositif, et une force égale la pousse vers le haut pour soutenir le côté libre. Le déplacement résultant de ce moment n'est pas vers le bas, comme l'intuition nous le fait supposer, mais perpendiculaire à la fois au mouvement gravitationnel (le bas) et l'axe de rotation (vers l'extérieur du point d'appui), c'est-à-dire dans une direction horizontale vers l'avant, faisant faire à l'appareil une rotation lente autour du point de support.
Comme démontre la deuxième équation, sous un moment constant dû à la gravité, la vitesse de précession du gyroscope est inversement proportionnelle à son moment cinétique. Cela signifie que, comme la friction fait ralentir le mouvement tournant du gyroscope, le taux de précession augmente. Cela continue jusqu'à ce que le dispositif ne puisse plus tourner suffisamment rapidement pour soutenir son propre poids, alors il arrête la précession et tombe hors de son support.
Utilisations
    •    Centrale à inertie, compas
    •    En aviation, l'horizon artificiel, le conservateur de cap, le coordonnateur ou indicateur de virage
    •    Boomerang, diabolo, powerball, toupie, yo-yo
    •    Stabilisateur de caméra lors d'une capture perturbée par le mouvement des vagues, le tangage d'un avion, etc.
    •    Les motocyclettes doivent une grande partie de leur stabilité à l'effet gyroscopique.
    •    Le gyropode (exemple Segway5), véhicule électrique monoplace utilise des gyroscopes pour assurer sa stabilisation de façon autonome.
    •    Les hélicoptères radiocommandés en possèdent un pour gérer le rotor anticouple, il peut même intégrer une fonction Head Lock qui lui fait garder son cap quelles que soient les conditions.
    •    L'iPhone 4, la PlayStation Vita, la Nintendo 3DS et l'iPod touch ainsi que le PlayStation Move et le Wii MotionPlus ont été les premiers appareils électroniques grand public à posséder un gyroscope à 3 axes. Cet équipement tend à se généraliser sur les smartphones.
    •    La Station spatiale internationale possède 4 gyroscopes qui permettent de contrôler son attitude lors de sa trajectoire orbitale autour de la Terre.
    •    Dans le domaine du forage pétrolier, pour déterminer la trajectoire d'un puits foré.

DOCUMENT      wikipédia    LIEN

RÉSEAUX D'AUTOMATES: TRENTE ANS DE RECHERCHE

Ma complicité avec ce sujet date de longtemps, pas tout à fait assez pour dire que j’y étais depuis le début, mais quand même.... Ainsi, je vais vous raconter comment on a obtenu, aux alentours de l'année 1979, les premiers résultats mathématiques sur la dynamique de ce qui s’appelle aujourd'hui les réseaux de neurones artificiels et qui font aujourd’hui partie du cursus classique de toute école d’ingénieurs. Puis, le succès de ces résultats m’a amené, à partir d’une étrange lettre que j’ai reçue au début de vacances à Grenoble, à me passionner pour les fourmis. Je suis quand même arrivé à tirer de certains modèles formels de ces séduisants insectes quelques résultats de complexité .... Et, s’il s'agit des fourmis, pourquoi pas les tas de sable? Beaucoup d’individus interagissant de façon simple, mais, avec des résultats globaux étonnants ? Et voilà que, à partir d'une suggestion que m’a faite le mathématicien L. Lovasz à un congrès à Sao Paulo vers la fin des années 1980 et les conversations que j’ai eues à Santiago et à Paris avec le cher feu Schutz (Marco Schützenberger), je me suis attaqué a ce sujet avec un tel succès que je peux dire sans trop me tromper que c’est moi qui ai inoculé cette maladie ou ce virus à un grand nombre de collègues français. Pour finir, si j’ai le temps, je voudrais vous faire rigoler un peu. Etant donné que je vous ai déjà parlé des fourmis je me permettrai de vous raconter mon histoire personnelle de cigale : je vous dirai pourquoi il y a des espèces qui ne chantent que tout les 17 ans et ... si jamais j’ai encore un petit brin de temps, je vous raconterai également comment des informaticiens et un physicien peuvent interpréter les phénomènes de ségrégation. Toute autre chose que je n’ai pas dite ici pourra être évoquée dans la conférence ou bien elle était inscrite dans la marge de ce cahier.

COLLOQUIUM JACQUES MORGENSTERN
Le but du colloquium est d’offrir une vision d’ensemble des recherches les plus actives et les plus prometteuses dans le domaine des Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC). Nouveaux thèmes scientifiques, nouveaux domaines d’application, enjeux sociaux et philosophiques. Les exposés couvrent une problématique suffisamment large pour intéresser tous les chercheurs, ingénieurs et étudiants concernés par l’avenir des STIC. Les orateurs, français ou étrangers, sont des personnalités de premier plan, informaticiens, mathématiciens ou spécialistes de domaines où l'informatique est appelée à jouer un rôle majeur. Le colloquium porte le nom de Jacques Morgenstern, professeur de mathématiques à l’université de Nice Sophia Antipolis, spécialiste de la théorie de la complexité algébrique et l’un des pionniers du calcul formel. Il a dirigé jusqu’à son décès tragique en 1994 une équipe commune à l’université de Nice, l’INRIA et le CNRS.

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LA PÂLE LUMIÈRE DE LA MATIÈRE NOIRE

Conférence donnée à l'IAP le 4 mars 2008, par Gianfranco Bertone, astrophysicien à l'IAP.

CONFÉRENCE       CANAL  U        LIEN

ENERGIE NOIRE ET MATIÈRE NOIRE

Conférence donnée à l'IAP le 5 avril 2011, par Nathalie Palanque-Delabrouille, astrophysicienne au CEA (Saclay). Energie noire, matière noire : l'univers invisible
        la lumière dans l'univers
        le mystère de la matière noire
        la face cachée de l'univers : l'énergie noire
        et si la réponse était ailleurs ?

CONFÉRENCE        CANAL  U        LIEN