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← Comment convertir le froid de l'espace en une ressource renouvelable

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Showing Revision 86 created 09/27/2020 by Claire Ghyselen.

  1. Chaque été, quand j'étais enfant,
  2. je partais de chez moi au Canada
    pour visiter mes grands-parents,
  3. qui vivaient à Bombay en Inde.
  4. Au mieux, les étés canadiens sont doux,
  5. environ 22° Celsius ou 72 °F
  6. pour une journée d'été normale,
    et pas très chauds.
  7. Par contre, Bombay est
    un endroit chaud et humide,
  8. il y fait bien 30 °C ou 90 °F.
  9. Dès mon arrivée, je me disais :
  10. « Comment peut-on vivre, travailler
    ou dormir dans un tel climat ? »
  11. Pour empirer les choses,
    mes grands-parents n'avaient pas la clim.
  12. J'ai vraiment fait tout mon possible,
  13. mais je n'ai jamais réussi
    à les persuader de s'en procurer.
  14. Pourtant, c'est en train
    de changer rapidement.
  15. L'ensemble des systèmes de
    refroidissement représentent 17 %

  16. de l’électricité consommée
    dans le monde entier.
  17. Cela inclut tout, depuis la climatisation
  18. que je désirais désespérément
    pendant mes vacances d’été,
  19. aux systèmes de réfrigération pour
    garder nos aliments à l'abri et froids,
  20. dans nos supermarchés,
  21. et aux systèmes industriels qui gardent
    opérationnels nos centres de données.
  22. Tous ensemble,
    ces systèmes représentent 8%
  23. des émissions mondiales
    de gaz à effet de serre.
  24. Mais ce qui m'empêche de dormir,

  25. c'est que l’énergie dédiée à climatiser
    pourrait sextupler d’ici à 2050,
  26. principalement en raison d'une utilisation
    croissante en Asie et en Afrique.
  27. J’en ai été témoin.
  28. Presque chaque logement
    autour de chez ma grand-mère
  29. est maintenant équipé d’un climatiseur.
  30. Et c'est, sans aucun doute,
    une bonne chose
  31. pour la santé, le bien-être
    et la productivité
  32. des gens qui vivent
    dans des endroits chauds.
  33. Mais l’une des choses les plus alarmantes
    concernant le changement climatique,
  34. c'est que plus notre planète se réchauffe,
  35. plus nous aurons besoin
    de systèmes de climatisation –
  36. qui eux-mêmes émettent
    beaucoup de gaz à effet de serre.
  37. Cela risque alors de provoquer
    une boucle de rétroaction,
  38. si ces systèmes à eux seuls
  39. deviennent l'une des plus grandes
    sources de gaz à effet de serre
  40. au cours de ce siècle.
  41. Dans le pire des cas,
  42. nous pourrions avoir besoin de plus de
    10 milliards de kWh d’électricité par an,
  43. juste pour la climatisation, d’ici 2100.
  44. C’est la moitié de notre alimentation
    en électricité aujourd'hui.
  45. Juste pour la climatisation.
  46. Mais cela nous laisse aussi entrevoir
    une opportunité extraordinaire.
  47. Une amélioration de 10 ou 20 % de
    l’efficacité des système de climatisation
  48. peut avoir un impact énorme
    sur nos émissions de gaz à effet de serre,
  49. à la fois aujourd'hui
    et au cours de ce siècle.
  50. Et cela peut nous aider à éviter
    le pire scénario de boucle de rétroaction.
  51. Je suis un scientifique qui réfléchit
    beaucoup à la lumière et à la chaleur.

  52. Notamment comment les nouveaux matériaux
    nous permettent de modifier le flux
  53. de ces éléments basiques de la nature
  54. d'une manière que nous aurions
    pu croire impossible autrefois.
  55. Même si j'ai toujours saisi
    la valeur de la climatisation
  56. pendant mes vacances d'été,
  57. j'ai fini par travailler sur ce problème
  58. à cause d'un casse-tête intellectuel
    que j'ai découvert il y a six ans.
  59. Comment les peuples anciens fabriquaient
    de la glace dans des climats désertiques ?
  60. Voici une photo d'une glacière,
  61. également appelée « yakhchal »,
    située au sud-est de l'Iran.
  62. Il y a des vestiges de dizaines
    de ces constructions dans tout l'Iran
  63. et des preuves de leur existence
    dans le reste du Moyen-Orient
  64. et jusqu'en Chine.
  65. Les gens qui ont exploité
    ces glacières il y a des siècles

  66. versaient l'eau dans le bassin
    que l'on voit à gauche
  67. en début de soirée, au coucher du soleil.
  68. Puis, une chose incroyable se produisait.
  69. Même si la température
    dépassait le point de congélation,
  70. disons 5 °C ou 41 °F,
  71. l'eau gelait.
  72. La glace était alors récupérée
    au petit matin
  73. et stockée dans le bâtiment
    que vous voyez à droite,
  74. pendant tous les mois d'été.
  75. Vous avez probablement déjà vu
    quelque chose de semblable
  76. si vous avez remarqué la formation
    de givre sur le sol par une nuit claire,
  77. même quand la température dépasse
    le point de congélation.
  78. Mais, attendez.
  79. Comment l'eau peut geler si la température
    dépasse le point de congélation ?
  80. L'évaporation aurait pu y jouer un rôle,
  81. mais ce n'est pas suffisant
    pour que l'eau se transforme en glace
  82. Quelque chose d'autre doit la refroidir.
  83. Imaginez une tarte qui refroidit
    sur le rebord d'une fenêtre.

  84. Pour qu'elle refroidisse, sa chaleur
    doit partir dans un endroit plus frais.
  85. À savoir, l'air qui l'entoure.
  86. Aussi peu crédible
    que cela puisse paraître,
  87. pour ce bassin, la chaleur de l'eau
    s'évacue dans le froid de l'espace.
  88. Comment est-ce possible ?

  89. Ce bassin d'eau, comme la plupart
    des matières naturelles,
  90. évacue sa chaleur sous forme de lumière.
  91. C'est un concept appelé
    « rayonnement thermique ».
  92. En ce moment, nous envoyons tous
    notre chaleur sous forme d'infrarouge,
  93. les uns aux autres et à notre entourage.
  94. On peut le voir
    grâce aux caméras thermiques
  95. et les images qu'elles produisent
    comme celles que je vous montre ici.
  96. Ce bassin d'eau évacue sa chaleur
  97. vers le haut de l'atmosphère.
  98. L'atmosphère et ses molécules
  99. absorbent une partie
    de cette chaleur et la renvoient.
  100. C'est l'effet de serre responsable
    du changement climatique.
  101. Voici toutefois le point
    essentiel à comprendre.

  102. Notre atmosphère n'absorbe pas
    toute cette chaleur.
  103. Si c'était le cas, nous vivrions
    sur une planète plus chaude.
  104. À certaines longueurs d'ondes,
  105. en particulier entre huit
    et treize microns,
  106. notre atmosphère connaît un phénomène
    nommé « fenêtre atmosphérique ».
  107. Elle laisse une partie de la chaleur
    s'élever sous forme d'infrarouge
  108. pour s'évacuer de fait,
    en entraînant la chaleur du bassin.
  109. Elle peut ainsi s'évacuer
    dans un lieu bien plus frais.
  110. Le froid dans la haute atmosphère
  111. et jusqu'à l'espace,
  112. peut atteindre une température de -270 °C
  113. ou de -454 °F.
  114. Alors, ce bassin d'eau peut envoyer
    plus de chaleur vers le ciel
  115. que l'inverse.
  116. Et grâce à cela,
  117. le bassin va se refroidir
    en dessous de la température ambiante.
  118. C'est l'effet connu sous le nom
    de « refroidissement nocturne »
  119. ou « refroidissement radiatif ».
  120. Et il a toujours été considéré
    par les climatologues et les météorologues
  121. comme un phénomène naturel très important.
  122. Quand je suis tombé sur tout ça,

  123. c'était la fin de mon doctorat à Stanford.
  124. Et j'ai été stupéfait par sa simplicité
    comme méthode de refroidissement,
  125. bien que très perplexe.
  126. Pourquoi n'utilise-t-on pas cela ?
  127. Les scientifiques et les ingénieurs
    ont étudié cette idée
  128. ces dernières années.
  129. Mais il s'est avéré qu'il y avait
    au moins un gros problème.
  130. Il y a une raison pour laquelle
    on l'appelle « refroidissement nocturne ».
  131. Pourquoi ?
  132. C'est pour une petite raison
    appelée le soleil.
  133. La surface qui refroidit
  134. a besoin d'être située face au ciel.
  135. Et au beau milieu de la journée,
  136. quand on aura peut être le plus besoin
    de quelque chose de froid,
  137. malheureusement, cela signifie
    lever la tête vers le soleil.
  138. Et il chauffe la plupart des matériaux
  139. suffisamment pour contrer totalement
    cet effet de refroidissement.
  140. Mes collègues et moi
    avons beaucoup réfléchi

  141. à comment structurer des matériaux
  142. à de très petites échelles
  143. pour accomplir des choses
    nouvelles et utiles avec la lumière –
  144. des échelles plus petites
    que sa longueur d'onde elle-même.
  145. À partir des idées de ce domaine,
  146. appelé recherche nanophotonique
    ou métamatériaux,
  147. nous avons découvert un moyen
    d'y arriver en journée
  148. pour la première fois.
  149. Pour ce faire, j'ai conçu
    un matériau optique multicouche

  150. montré ici sur une image microscopique.
  151. C'est 40 fois plus fin
    qu'un cheveu humain classique.
  152. Et il est capable de faire
    deux choses simultanément.
  153. Premièrement, il envoie sa chaleur
  154. précisément là où notre atmosphère
    laisse le mieux évacuer cette chaleur.
  155. Nous avons orienté
    la fenêtre vers l'espace.
  156. Deuxièmement, le soleil ne le chauffe pas.
  157. C'est un très bon miroir
    pour la lumière du soleil
  158. J'ai fait le premier test
    sur un toit à Stanford,
  159. c'est ce que vous voyez ici.
  160. J'ai laissé l'appareil dehors
    pendant un petit moment,
  161. j'y suis retourné après quelques minutes
  162. et, en quelques secondes,
    j'ai su que ça fonctionnait.
  163. Comment ?
  164. Je l'ai touché et c'était froid.
  165. (Applaudissements)

  166. Juste pour souligner
    comme c'est étrange et paradoxal :

  167. ce matériau et d'autres similaires
  168. refroidissent quand
    on les sort de l'ombre,
  169. même si le soleil brille sur eux.
  170. Voici les données de
    notre toute première expérience,
  171. où ce matériau est resté à plus de 5 °C,
  172. ou 9 °F, plus froid
    que la température ambiante,
  173. même si le soleil
    brillait directement dessus.
  174. La méthode de fabrication utilisée
    pour fabriquer ce matériau
  175. existe déjà à grande échelle.
  176. J'en étais très heureux,
  177. car non seulement nous avions fabriqué
    quelque chose de génial,
  178. mais nous avions aussi l'occasion
    de faire quelque chose de réel et utile.
  179. Ce qui m'amène
    à la prochaine grande question.
  180. Comment peut-on économiser
    l'énergie avec cette idée ?

  181. Nous pensons que le moyen le plus direct
    pour y arriver grâce à cette technologie
  182. est d'augmenter l'efficacité
  183. des systèmes actuels
    de climatisation et de réfrigération.
  184. Nous avons créé des panneaux
    de refroidissement fluides
  185. comme ceux montrés ici.
  186. Ces panneaux ont la même forme
    qu'un chauffe-eau solaire,
  187. sauf qu'à l'inverse,
    ils refroidissent l'eau, passivement,
  188. en utilisant notre matériel spécialisé.
  189. Ces panneaux sont alors
    intégrés à un composant
  190. inclus dans presque
    chaque climatiseur, un condenseur,
  191. pour améliorer l'efficacité
    sous-jacente du système.
  192. Notre start-up, SkyCool Systems,
  193. a récemment mené un essai sur le terrain
    à Davis, en Californie, visible ici.
  194. Lors de cette expérience,
  195. nous avons démontré
    qu'on peut améliorer l'efficacité
  196. de ce système de refroidissement
    jusqu'à 12 % sur le terrain.
  197. Dans un an ou deux ans,

  198. il me tarde de voir
    les premiers pilotes commercialisés
  199. à la fois pour la climatisation
    et la réfrigération spatiale.
  200. À l'avenir, nous pourrons intégrer
    ce type de panneaux
  201. à des systèmes de refroidissement
    de bâtiments plus efficaces
  202. pour réduire de deux tiers
    leur consommation d'énergie.
  203. Et finalement, nous pourrons construire
    un système de refroidissement
  204. qui ne nécessite aucune
    consommation d'électricité.
  205. Dans un premier temps,
  206. mes collègues à Stanford et moi
  207. avons démontré que vous pouvez maintenir
  208. quelque chose dépassant les 42 °C
    en dessous de la température ambiante
  209. grâce à une meilleur ingénierie.
  210. Merci.

  211. (Applaudissements)

  212. Juste imaginez cela –

  213. quelque chose sous le point de congélation
    par une chaude journée d'été.
  214. Bien que je sois très motivé par tout ce
    qu'on peut faire pour le refroidissement –
  215. et je pense qu'il reste
    encore beaucoup à faire –
  216. en tant que scientifique, je suis aussi
    attiré par une plus grande opportunité
  217. que ce travail va, je pense, dévoiler.
  218. Nous pouvons utiliser
    l'obscurité froide de l'espace
  219. pour améliorer l'efficacité
  220. de tous les phénomènes
    liés à l'énergie ici sur terre.
  221. L'un de ces phénomènes que je veux
    souligner est les panneaux solaires.
  222. Ils chauffent sous le soleil
  223. et deviennent moins efficaces
    à mesure qu'ils chauffent.
  224. En 2015, nous avons montré
    qu'avec ce type de microstructures
  225. sur un panneau solaire,
  226. on peut mieux tirer parti
    de cet effet de refroidissement
  227. pour maintenir le panneau solaire
    à une température plus basse passivement.
  228. Cela permet au panneau
    de fonctionner plus efficacement.
  229. Nous approfondissons
    ce genre de possibilités.
  230. Nous nous demandons si nous pouvons
    utiliser le froid de l'espace
  231. pour nous aider à économiser l'eau.
  232. Ou peut-être grâce à
    des scénarios hors réseau.
  233. Peut-être pourrions-nous nous-mêmes créer
    directement de l'énergie avec ce froid.
  234. Il y a un grand écart de température
    entre nous ici sur terre
  235. et le froid de l'espace.
  236. Cet écart, du moins
    sur le plan conceptuel,
  237. peut faire fonctionner un moteur thermique
  238. pour générer de l'électricité.
  239. Peut-on alors créer
    un générateur d'énergie nocturne
  240. qui produit des quantités
    utiles d'électricité
  241. si les panneaux solaires ne le font pas ?
  242. Peut-on générer de la lumière
    depuis les ténèbres ?
  243. L'élément central pour y arriver,
    c'est de pouvoir gérer

  244. la radiation thermique qui nous entoure.
  245. Nous sommes constamment baignés
    par la lumière infrarouge.
  246. Si nous arrivons
    à la soumettre à notre volonté,
  247. nous pourrions changer radicalement
    les flux de chaleur et d'énergie
  248. qui nous entourent tous les jours.
  249. Cette possibilité, combinée
    à l'obscurité froide de l'espace,
  250. nous oriente vers un futur
    où nous, en tant que civilisation,
  251. pourrions gérer plus intelligemment
    notre empreinte énergétique thermique
  252. à de très grandes échelles.
  253. Face au changement climatique,

  254. je pense qu'avoir cette possibilité
    dans notre boîte à outils
  255. deviendra fondamental.
  256. Alors, la prochaine fois
    que vous vous promenerez dehors,
  257. oui, émerveillez-vous du rôle vital
    du soleil pour la vie sur Terre,
  258. mais n'oubliez pas que le reste du ciel
    a aussi quelque chose à nous offrir.
  259. Merci.

  260. (Applaudissements)