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Des cages d’azote pour stocker l’hydrogène
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On sait depuis des siècles que l’azote joue un rôle majeur dans la croissance des plantes. Mais pour pouvoir s'affranchir des sources naturelles d’engrais, il a fallu attendre la découverte de la synthèse de l'ammoniac par le chimiste allemand Haber au début du siècle dernier.
Depuis cette avancée scientifique, de nombreux travaux ont porté sur les propriétés de l’hydrogène et de l’azote sous très hautes pressions. Une forme polymérique de l’azote a notamment pu être synthétisée en recourant à une pression de près d’un million de fois la pression atmosphérique, ce qui en fait le matériau avec la plus forte densité d’énergie stockée.
Parallèlement, les chercheurs ont beaucoup travaillé sur l’hydrogène métallique qui possède des propriétés exceptionnelles, comme celle de conduire l’électricité sans perte (supraconductivité) à température ambiante. Afin de combiner ces deux propriétés (forte densité d’énergie/température de supraconductivité élevée), les scientifiques ont travaillé sur les propriétés des mélanges de N2 et d’H2 sous fortes pressions.
Dans ce travail, les chercheurs américains, dirigés par Dylan Spaulding de l'Université d'Harvard, ont étudié différentes concentrations des mélanges N2-H2 sous pression. La structure du composé (N2)6(H2)7 s'est avérée particulièrement intéressante et originale ; elle présente en effet de larges cages d’azote moléculaire entourant 14 molécules d’hydrogène. L’augmentation de pression (50 GPa) sur cette structure-cage favorise une réaction chimique entre les molécules d’azote et d’hydrogène et entraîne la formation d'un nouveau composé constitué d’azote et d’ammoniac ionisé.
Le cycle de pression a ainsi permis de synthétiser un matériau énergétique, l’hydrazine, utilisé en particulier comme carburant de fusées, en partant uniquement d’azote et d’hydrogène et donc sans polluant (ce qui n’est pas possible à pression ambiante). Ces résultats ouvrent ainsi une nouvelle voie pour la synthèse « propre » de matériaux énergétiques.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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