Considérez, pour une moment, le fil électrique, une technologie omniprésente qu’il est extrêmement facile d’oublier. Enroulés à l’intérieur de nos appareils, enroulés autour de nos murs, enfilés le long de nos rues, des millions de tonnes de fils métalliques fins électrisent le monde. Mais leur travail est bénin et tellement naturaliste qu’il ne ressemble pas du tout à de la technologie. Les fils déplacent les électrons simplement parce que c’est ce que font les métaux lorsqu’un courant leur est fourni : ils conduisent.
Mais il y a toujours place à l’amélioration. Les métaux conduisent l’électricité car ils contiennent des électrons libres qui ne sont liés à aucun atome particulier. Plus il y a d’électrons qui circulent et plus ils vont vite, mieux un métal est conducteur. Donc, pour améliorer cette conductivité – cruciale pour préserver l’énergie produite dans une centrale électrique ou stockée dans une batterie – les scientifiques des matériaux sont généralement à la recherche d’arrangements atomiques plus parfaits. Leur objectif principal est la pureté – pour éliminer tout morceau de corps étranger ou toute imperfection qui interrompt le flux. Plus un morceau d’or est de l’or, plus un fil de cuivre est du cuivre, mieux il conduira. Tout le reste ne fait que gêner.
“Si vous voulez quelque chose de vraiment très conducteur, alors vous n’avez qu’à aller pur”, explique Keerti Kappagantula, scientifique des matériaux au Pacific Northwest National Lab. C’est pourquoi elle considère ses propres recherches comme plutôt « bancales ». Son objectif est de rendre les métaux plus conducteurs en les rendant moins purs. Elle prendra un métal comme l’aluminium et ajoutera des additifs comme du graphène ou des nanotubes de carbone, produisant un alliage. Faites cela de la bonne manière, a découvert Kappagantula, et le matériau supplémentaire peut avoir un effet étrange : il peut pousser le métal au-delà de sa limite théorique de conductivité.
Le but, dans ce cas, est de créer de l’aluminium qui puisse rivaliser avec le cuivre dans les appareils électriques – un métal qui est presque deux fois plus conducteur, mais qui coûte aussi environ deux fois plus cher. L’aluminium a des avantages : il est beaucoup plus léger que le cuivre. Et en tant que métal le plus abondant dans la croûte terrestre – mille fois plus que le cuivre – il est également moins cher et plus facile à déterrer.
Le cuivre, en revanche, devient de plus en plus difficile à trouver à mesure que le monde passe à une énergie plus verte. Bien qu’il soit depuis longtemps omniprésent dans le câblage et les moteurs, sa demande est en plein essor. Un véhicule électrique utilise environ quatre fois plus de cuivre qu’une voiture conventionnelle, et il en faudra encore plus pour les composants électriques des centrales électriques renouvelables et les câbles qui les relient au réseau. Les analystes de Wood Mackenzie, une société de recherche axée sur l’énergie, ont estimé que les parcs éoliens offshore exigeront 5,5 mégatonnes de métal sur 10 ans, principalement pour le système massif de câbles dans les générateurs et pour transporter les électrons que les turbines produisent jusqu’au rivage. Ces dernières années, le prix du cuivre a grimpé en flèche et les analystes prévoient une pénurie croissante du métal. Goldman Sachs l’a récemment déclaré « le nouveau pétrole ».
Certaines entreprises le remplacent déjà par de l’aluminium là où elles le peuvent. Ces dernières années, il y a eu un changement de plusieurs milliards de dollars dans les composants de tout, des climatiseurs aux pièces automobiles. Les lignes électriques à haute tension utilisent déjà des fils d’aluminium, car ils sont à la fois bon marché et légers, ce qui leur permet d’être enfilés sur de plus longues distances. Cet aluminium est généralement sous sa forme la plus pure et la plus conductrice.
