Une batterie surpuissante pour drones sous-marins…qui fonctionne à l’eau de mer

Publié: 23 juin 2017 dans Non classé
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Je sors un peu des nouvelles aéronautiques malgré la tenue du salon du Bourget (qui fut… chaud)  pour vous rafraîchir et m’intéresser au monde sous-marin, et en particulier à celui de la propulsion des drones sous-marins. Car l’essor actuel des véhicules robotisés cache également une difficulté majeure : assurer l’énergie nécessaire à leur propulsion, en particulier lorsqu’il s’agit de véhicules sous-marins. En effet, les drones sous-marins ou UUV (underwater unmanned vehicles) nécessitent de plus grosses batteries que leurs homologues aériens, avec une difficulté majeure : aujourd’hui, des batteries Lithium-ion de grosse capacité ont la fâcheuse tendance à prendre feu inopinément. Surtout en présence d’air, ou d’eau (voir le film ci-dessous).

Il y a donc un véritable enjeu à disposer de batteries plus compactes, mais restant puissantes, et plus endurantes afin d’assurer un rayon d’action important pour les UUV.

Une spin-off du MIT (Massachussetts Institute of Technology), baptisée OWP pour Open Water Power pourrait être sur la bonne voie – ils en sont en tout cas convaincus. Leur solution ? Une batterie reposant sur l’utilisation de l’aluminium…et de l’eau de mer.

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Le principe est le suivant : la batterie (qui est en fait une pile à combustible) repose sur trois éléments : une anode en alliage d’aluminium actif et de nickel, un électrolyte alcalin et une cathode à émission d’hydrogène. Pas de risque d’incendie ici; il n’y a pas de lithium. Et tant mieux car une fois immergée, l’eau de mer est injectée à l’intérieur de la batterie.

L’anode est  essentiellement constituée d’aluminium et d’autres métaux non toxiques qui ont deux effets : permettre la réaction avec de l’eau de mer, tout en inhibant la corrosion de l’anode elle-même (faible réactivité en présence d’eau salée). L’image ci-dessous montre la structure de l’anode, en microscopie électronique à balayage (anode partiellement corrodée).

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La cathode maintenant : elle permet de décomposer l’eau de mer en ions hydroxydes et en hydrogène gazeux. Plusieurs variantes de la cathode existent. La première photo montre la surface (en microscopie électronique à balayage) d’une cathode composée de platine plaqué sur du titane :

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La seconde image présente une cathode constituée de nickel plaqué sur du carbone.

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L’image ci-dessous montre l’électrolyte (en l’occurrence l’eau de mer), avec les bulles d’hydrogènes générées par la réaction.

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Pour les plus chimistes d’entre vous, voici le principe global de la batterie.

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Les avantages : des produits résiduels non toxiques, mais surtout une efficacité accrue (voir ci-dessous)

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Avec comme conséquence un rayon d’action des UUV dotés de telles batteries augmenté d’un facteur 10. A titre d’illustration, l’image ci-dessous montre le rayon d’action d’un système classique (en rouge) et d’un système théorique muni d’une batterie OWP (en noir) dans le cas d’usage d’un drone réalisant des opérations dans le domaine pétrolier et gazier, dans le golfe du Mexique. Edifiant. Et ceci sans tenir compte du fait qu’une mission pourra elle-même durer plus longtemps, en particulier en travaillant en grande profondeur.

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Les premiers contrats d’OWP ont été signés avec le ministère de la défense américain, et concernent essentiellement l’adaptation de cette technologie à des systèmes UUV emportés par des plongeurs-démineurs. Comme le dit la société elle-même, les meilleurs cas d’usage concernent des UUV menant des missions longues, ne nécessitant pas une trop grosse force de propulsion sous-marine. Ce qui en fait une technologie de choix pour des missions de reconnaissance ou de renseignement…

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