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Autonomie accrue des drones sous-marins grâce à une batterie eau-aluminium - Par : Hanen Hattab,

Autonomie accrue des drones sous-marins grâce à une batterie eau-aluminium


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Les robots sous-marins autonomes (AUV « Autonomous Underwater Vehicle »), appelés dans le domaine militaire « unmanned undersea vehicles » (UUV), sont étudiés dans beaucoup de domaines depuis une dizaine d’années. Ces engins sont particulièrement utiles dans les missions environnementales, archéologiques, scientifiques et de surveillance sous-marine.

La plupart des UUV utilisent des batteries au lithium, ce qui présente plusieurs inconvénients. Ces batteries prennent feu facilement et par conséquent, on évite habituellement de les expédier par voie aérienne. En outre, leur densité énergique est limitée et nécessite de facto la présence d’équipages en mer qui suivent les UUV pour les recharger au besoin. Par exemple, lors du crash de l’avion malaisien en 2014, les UUV déployés pour chercher les débris n’ont pu ratisser les profondeurs que pendant un temps très limité à cause des problèmes d’alimentation et du budget limité. De plus, les batteries doivent être encastrées dans des coques en métal hermétiques et sous pression, ce qui augmente le poids des UUV et leurs besoins en énergie.

Missions et fonctionnement du UUV

La technologie OpenWater Power

L’entreprise en démarrage OpenWater Power (OWP) a développé une nouvelle génération de batteries aluminium-eau pour les engins sous-marins. Fabriquées et brevetées par leurs fondateurs au Massachusetts Institute of Technology (MIT), ces batteries permettent un stockage d’énergie sûr, évolutif et non toxique, d’une densité énergétique extrêmement élevée, promettant une optimisation maximale de l’autonomie des robots submersibles UUV. OWP a été fondée par des chercheurs dont la plupart sont diplômés du MIT. Elle compte parmi ses clients le US Department of Defense.

Les batteries créées par cette entreprise permettront aux UUV de plonger plus profondément et pendant des périodes plus longues dans les profondeurs marines pour explorer les navires ou cartographier le fond marin. Elles pourraient également être utilisées pour la prospection de pétrole en mer et dans diverses applications militaires.

Grâce à ce système d’alimentation, les UUV ne nécessitent plus d’accompagnement, ouvrant de fait de nouvelles opportunités et réduisant le coût des expéditions. Les UUV utilisés actuellement pour la prospection de pétrole dans le golfe du Mexique ont besoin de serrer les rives, couvrant seulement quelques zones. Les UUV exploités par OWP pourraient couvrir des centaines de kilomètres et revenir avant d’avoir besoin d’un nouveau système d’alimentation, explorant de fait tous les gisements visés.

L’entreprise OpenWater Power

OWP travaille actuellement avec la marine américaine pour créer des batteries pour capteurs acoustiques conçus pour détecter les sous-marins ennemis. Cet été, l’entreprise lancera également un projet pilote avec Riptide Autonomous Solutions, qui utilisera les UUV pour les sondages sous-marines. Les UUV de Riptide, peuvent actuellement, parcourir environ 100 milles nautiques. Avec le nouveau concept d’OWP, l’entreprise espère atteindre une autonomie de 1 000 milles nautiques.

Un système électrochimique à base d’eau et d’aluminium

La batterie se compose de trois éléments principaux : une anode en aluminium, un électrolyte alcalin aqueux et une cathode faite d’alliage de nickel. Comment fonctionne cette technologie?

Une fois l’UVV plongé, la batterie aspire l’eau qui est décomposée à la cathode en anions hydroxydes et en gaz hydrogène. Les anions hydroxydes réagissent avec l’anode en aluminium, créant de l’hydroxyde d’aluminium et libérant des électrons. Ces électrons se déplacent vers la cathode, générant de l’énergie dans un circuit qui fonctionne en boucle jusqu’à l’épuisement de l’aluminium. L’hydroxyde d’aluminium et l’hydrogène gazeux rejetés ne sont pas polluants.

Batterie de OpenWater Power

Le défi de la recherche a été de créer des électrolytes et des alliages qui évitent le dépôt de l’hydroxyde d’aluminium libéré sur la surface de l’anode, ce qui  inhibe la réaction. Pour ce faire, les chercheurs ont eu recours à une pompe qui fait circuler l’électrolyte, c’est-à-dire l’hydroxyde de potassium dissous dans l’eau de mer, empêchant de fait l’hydroxyde d’aluminium de se déposer sur la surface de l’anode tout en le dirigeant vers un récolteur en mousse de caoutchouc. Ce dernier peut en effet attirer et accrocher beaucoup d’hydroxyde d’aluminium. Lorsque le récolteur est saturé, la batterie l’éjecte et le remplace par un autre, conservé, à l’état comprimé, dans un compartiment adjacent. Chaque batterie contient suffisamment de récolteurs pour continuer son fonctionnement jusqu’à ce que l’anode s’épuise. En outre, cet électrolyte empêche le développement des organismes marins à l’intérieur du système d’alimentation.

Ce système a été inventé par les cofondateurs de l’entreprise, à savoir, Ian Salmon McKay, diplômé en génie mécanique du MIT et doctorant en génie chimique à la Stanford University et par Thomas Milnes, Ph. D. en génie mécanique, diplômé du MIT.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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