Encore jeune, l’impression 3D céramique dispose néanmoins d’une maturité suffisante lui permettant déjà de s’inviter dans de nombreux secteurs d’applications. Ses propriétés exceptionnelles, telles qu’une résistance élevée à la chaleur, à l’oxydation et à l’abrasion, ainsi qu’une stabilité dimensionnelle, en font un matériau qui répond très bien aux exigences spécifiques des industries de l’aérospatial, du dentaire, de l’ingénierie chimique, ou encore de l’énergie. De nombreux projets d’innovation dans le domaine des batteries font appel à l’impression 3D céramique.
La dernière initiative du genre nous vient de l’ETH Zurich. Une équipe de chercheurs issue du département des matériaux complexes et des sources d’énergie renouvelable, est parvenue à développer une structure céramique imprimée en 3D optimisée pour être utilisée dans les cœurs des réacteurs solaires.
Pour comprendre l’intérêt de cette innovation, il faut rappeler ce qu’est un réacteur solaire. Ce type de dispositif énergétique fonctionne en fait en concentrant la lumière du soleil sur un point focal à l’aide de miroirs ou de lentilles, générant ainsi une chaleur intense. Cette chaleur est ensuite utilisée pour produire de la vapeur d’eau, qui actionne une turbine connectée à un générateur électrique.
En résumé, les réacteurs solaires convertissent l’énergie solaire en énergie thermique, puis en électricité, offrant une source d’énergie renouvelable pour alimenter diverses applications, notamment la production d’électricité, le chauffage industriel ou la désalinisation de l’eau. Ces systèmes sont d’autant plus importants aujourd’hui, qu’ils contribuent à réduire la dépendance aux combustibles fossiles et à promouvoir une énergie plus propre et durable.
« Cette technologie a le potentiel d’accroître l’efficacité énergétique de l’avion solaire et donc d’améliorer considérablement la viabilité économique des carburants durables pour l’aviation »
Ä gauche une structure céramique imprimée en 3D, à droite, le réacteur solaire (crédits photo : ETH Zurich)
Illustration de la structure imprimée en 3D du réacteur (crédits photo : ETH Zurich)
Financée par l’Office fédéral de l’énergie, la solution développée par l’ETH Zurich porte plus exactement sur une méthodologie d’impression 3D céramique qui permet la fabrication de structures céramiques poreuses avec des géométries complexes. Orientées vers le soleil, ces conceptions améliorées facilitent le transport du rayonnement solaire vers l’intérieur du réacteur.
Les premiers essais réussis à l’ETH Zurich, montrent que grâce au rayonnement solaire concentré, l’ensemble de la structure est capable d’atteindre une température de réaction de 1 500 °C. Comparé aux structures isotropes précédentes, une quantité deux fois plus importante de combustible solaire neutre en carbone serait ainsi produite avec la même quantité de rayonnement solaire.
Selon les premières indiscrétions, la technologie d’impression 3D utilisée par ETH Zurich repose en fait sur un procédé par extrusion. Le matériau se présente sous la forme d’une pâte renfermant une forte concentration de particules d’oxyde de cérium afin d’obtenir le matériau le plus réactif possible et de maximiser ainsi l’efficacité du réacteur solaire. « Cette technologie a le potentiel d’accroître l’efficacité énergétique de l’avion solaire et donc d’améliorer considérablement la viabilité économique des carburants durables pour l’aviation. » commente M Steinfeld, professeur au département de génie mécanique et des procédés de l’ETH Zurich.
ETH Zurich indique que sa technologie a déjà fait l’objet d’un brevet, tandis que Synhelion, une entreprise suisse spécialisée dans les carburants durables, a obtenu une licence. Ce dernier a prévu de la commercialiser et de collaborer avec des entreprises telles que l’aéroport de Zurich et Lufthansa.
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