Si s’engager vers les low-tech sont un moyen évident de se préparer à un manque certain de ressources dans les décennies à venir, on ne doit pourtant pas abandonner pour autant la recherche, car elle est peut être source d’innovation, comme c’est déjà le cas dans certains secteurs d’activité comme la santé ou les technologies de l’information (hors 5G, bien sûr !). Le but étant qu’elles nous rendent moins dépendants de solutions peu sobres pour l’environnement !
Et en la matière, deux innovations ont retenu notre attention en 2020 et pourrait apporter dans leurs secteurs respectifs une avancée vers plus de sobriété…
Photovoltatronique : une nouvelle technologie pour l’industrie solaire
Des cellules solaires intelligentes qui communiquent entre elles et avec d’autres appareils pour fournir non seulement l’électricité là où elle est nécessaire mais aussi communiquer des informations. Des scientifiques de l’Université Technologique de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas, ont fondé une nouvelle discipline qu’ils appellent « photovoltatronique ». Cette branche de la physique concerne la génération, la transmission, le traitement ou la conversion de signaux optiques (véhiculés par des photons). Dans un article publié récemment dans la revue « Energy & Environmental Science », ils expliquent que la technologie est déjà en grande partie disponible.
« Aujourd’hui, les cellules photovoltaïques ne sont utilisées que pour produire de l’électricité, alors qu’elles sont capables de remplir d’autres fonctions » nous révèle Miro Zeman, professeur à la TU Delft. « Elles capturent des photons et elles émettent des électrons. Mais ces particules ne transportent pas seulement de l’énergie, elles peuvent aussi véhiculer des informations. Il est donc possible de rendre ces cellules intelligentes et de leur permettre de communiquer » précise-t-il.
Selon les scientifiques de Delft, l’électrification et la digitalisation sont appelées à jouer un rôle de plus en plus important dans le secteur de l’énergie. Ils expliquent que l’utilisation à grande échelle de sources d’énergie renouvelables variables, de batteries de stockage et de composants électroniques de puissance, fonctionnant tous avec du courant continu (DC), modifie fondamentalement les systèmes électriques, dont les infrastructures ont été construites pour transporter du courant alternatif (AC). Cette tendance conduit à une hybridation et une complexification des systèmes électriques AC/DC. Pour les stabiliser et les rendre fiables, le recours aux technologies de l’information et de la communication (TIC) est de plus en plus généralisé.
A titre d’exemple ils expliquent que des cellules solaires intelligentes pourraient être incorporées dans les vitres des immeubles. En fonction de signaux qui leur seraient envoyés par différents capteurs elles pourraient tenir compte de paramètres comme l’ensoleillement, l’ombrage, la température à l’intérieur de la pièce, son occupation plus ou moins importante, le moment de la journée, etc., pour produire plus d’électricité et donc réduire la transparence de la vitre ou au contraire augmenter, si nécessaire, le transfert de lumière en réduisant la production d’énergie.
« Les installations solaires actuelles sont statiques » nous rappelle-t-il. « Nous avons développé des applications qui permettent aux panneaux de mesurer l’ombrage ou d’autres facteurs pouvant réduire l’ensoleillement. En fonction de ces informations, des cellules intelligentes pourraient commander un changement de position dans l’espace pour optimiser leur production électrique ».
Au final, optimiser l’utilisation de cellules photovoltaïques pour améliorer ses performances et son utilisation, ne serait-il pas une solution d’avenir ?
Un matériau qui stocke efficacement l’énergie pendant des années
Des chercheurs britanniques ont conçu un nouveau matériau capable de stocker efficacement de l’énergie pendant des mois, voire des années. Activé par la lumière solaire, celui-ci va ensuite libérer l’énergie accumulée à la demande, sous forme de chaleur.
Les structures métallo-organiques (MOF) sont des matériaux particulièrement poreux, possédant de ce fait une surface extrêmement élevée. Grâce à ces caractéristiques leur permettant de retenir de grandes quantités de molécules, celles-ci se révèlent particulièrement adaptées pour dessaler ou filtrer l’eau, capturer le dioxyde de carbone ou stocker de l’énergie, comme le montrent ces travaux menés par des scientifiques de l’université de Lancaster et récemment présentés dans la revue Chemistry of Materials.
Un MOF vu au microscope électronique à balayage — © CSIRO
Ici, les chercheurs ont rempli les pores du matériau DMOF4 (absorbant efficacement la lumière solaire) de molécules d’azobenzène. Lorsque celui-ci est exposé au rayonnement UV, les molécules vont changer de forme et se rétracter, tandis que les minuscules pores du MOF vont permettre de les maintenir sous cette forme, en stockant leur énergie potentielle de la même manière que le ferait un ressort comprimé.
Pour récupérer cette énergie, libérée sous la forme d’une « bouffée de chaleur », le matériau doit être légèrement réchauffé, mais l’équipe souligne que la chaleur libérée se révèle beaucoup plus élevée que celle nécessaire au déclenchement de ce processus, ce qui constitue par conséquent un gain net.
Comme il s’agit d’un effet mécanique, le stockage ne nécessite aucune énergie extérieure et peut se faire à température ambiante pendant de longues périodes. Si les chercheurs précisent que celui-ci a été observé sur une période de quatre mois (soit la durée totale de l’expérimentation), ils estiment que le processus durerait jusqu’à quatre ans et demi.
Dans sa forme actuelle, l’équipe indique que le matériau a une densité énergétique plutôt faible, mais les travaux futurs se concentreront sur l’amélioration de cette dernière. À terme, le matériau pourrait être utilisé pour capter l’énergie solaire pendant la journée afin de libérer de la chaleur la nuit, ou durant la saison estivale pour l’utiliser en hiver. Il pourrait également constituer un revêtement utile pour aider à chauffer les bâtiments.
Beaucoup de questions peuvent se poser quand à l’usage de ce matériau : quelle compatibilité et efficacité avec d’autres matériaux, quid de ses performances au-delà ou au-dessous de certaines températures, quel sera son bilan carbone à fabriquer et à recycler, sa densité massique (pour le transport) ?
Soyons optimistes et souhaitons que ces innovations apportent un vrai plus pour le bâtiment et n’hésitez pas à faire vos remarques en commentaires…
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