Pour la 28e année d’affilée, le magazine Québec Science présente les dix percées majeures effectuées par des chercheurs québécois qui ont impressionné son jury et invite le public à voter pour la découverte de l’année 2020. Parmi les candidats, un processeur quantique qui ouvre la porte à l’ordinateur du futur et une batterie d’ions de lithium fabriquée avec de l’eau et du bois.
Si froid et si chaud à la fois
Le professeur Michel Pioro-Ladrière et le chercheur Julien Camirand Lemyre de l’Université de Sherbrooke, avec des collègues australiens, ont réussi à donner vie à un petit processeur quantique à 1,5 kelvin, une température très élevée si on considère que les particules qui constituent la matière ne bougent plus à 0 kelvin (ou -273,15 degrés Celsius). Cette découverte représente un exploit quand on sait à quel point les qubits, l’unité de base des ordinateurs quantiques, sont capricieux en matière de température.
L’ordinateur quantique promet de réaliser en quelques secondes des calculs qui prendraient des années aux machines classiques. Il exploite les principes de la mécanique quantique, qui s’intéresse à l’infiniment petit, au lieu de reposer sur les bits, les fameux 0 et 1 de l’informatique actuelle. Le problème, c’est que ces propriétés quantiques sont extrêmement difficiles à maîtriser, d’où le recours aux températures de quelques millièmes de kelvin.
La découverte publiée dans Nature change la donne. On peut enfin imaginer réunir l’électronique de contrôle et le processeur dans le cryostat, le réfrigérateur où loge le processeur, ce qui nous rapproche de l’ordinateur quantique.
Une batterie faite d’eau et de bois
La capacité à stocker l’énergie des batteries aux ions de lithium pourrait propulser la production d’électricité par des sources renouvelables irrégulières comme le vent et le soleil. Leur conception nécessite toutefois des matériaux rares et des produits néfastes pour la santé, la sécurité et l’environnement.
Une batterie possède deux électrodes, dont une est bourrée d’ions de lithium. Au moment de fournir de l’énergie, ces ions rejoignent l’autre électrode en passant par un liquide appelé électrolyte. Quand la batterie est rechargée, ces ions parcourent le chemin inverse, toujours à travers l’électrolyte, généralement constitué d’un solvant organique inflammable et difficile à recycler. Dans chaque électrode, un produit maintient ensemble les divers composants. Le plus souvent, il s’agit d’un polymère à base de pétrole dissous dans un solvant organique nocif pour la santé.
Il est possible d’avoir une batterie plus verte en utilisant un électrolyte à base d’eau ou un liant issu des résidus forestiers: la carboxyméthylcellulose (CMC). Mais ces deux options sont incompatibles puisque la CMC est soluble dans l’eau.
Mais Steeve Rousselot et ses collègues du Laboratoire de chimie et électrochimie des solides de l’Université de Montréal ont trouvé le moyen d’intégrer la CMC dans une batterie aqueuse en utilisant un gaz qui se transforme en plasma lorsqu’il est soumis à une tension électrique. Leur procédé et leur produit ont fait l’objet d’une demande de brevet en juin 2019, puis d’une publication dans ACS Sustainable Chemistry and Engineering en février 2020.
Pour en savoir davantage sur le processeur quantique et la batterie aux ions de lithium, lisez les articles publiés dans Québec Science.
