Energie, agriculture...ces futures technologies vertes qui nous attendent
Près de 1,2 milliard d’euros, six fois plus qu’il y a dix ans ! Le capital placé en 2019 dans les champions français de la cleantech par les fonds d’investissement en dit long sur l’engouement qu’ils suscitent. Que les inventions aident à lutter contre le réchauffement climatique, les pollutions de l’air, de l’eau et du sol, ou permettent de préserver les ressources naturelles, « c’est un raz de marée, observe Alexis Gazzo, associé chez EY. Et la tendance est la même partout dans le monde ». Les pouvoirs publics ne sont pas en reste : « Nous allons injecter 5 milliards d’euros d’ici 2024 dans les entreprises dédiées à la transition énergétique », détaille Paul-François Fournier, grand manitou de l’innovation chez Bpifrance.
Car en devenant la priorité de (presque) tous les pays, la sauvegarde de la planète s’annonce aussi comme un gigantesque business. D’où la course qui mobilise universités, labos publics, grands groupes et start-up sur tous les continents pour être les premiers à mettre au point les bioplastiques du futur, des batteries rechargeables hyper rapidement, des fertilisants naturels… Leurs ingénieurs nous promettent un avenir moins destructeur de ressources rares et plus économe en CO2. Ils nous promettent aussi des emplois. En France, les filières énergies renouvelables et efficacité énergétique, qui comptent 500.000 salariés aujourd’hui, devraient en faire travailler 1 million en 2030.
A base de papier et d’enzymes, les piles seront 100% écolos
Voilà un petit objet qui a envahi notre quotidien. Pas seulement nos montres, nos torches ou nos télécommandes. Les piles alimentent aussi les petits appareils électroniques à usage unique. Comme les tests de grossesse digitalisés qui, une fois utilisés, finissent à la poubelle. Avec leur lot de métal et de produits toxiques non dégradables. D’où l’urgence de concevoir des piles avec zéro impact sur l’environnement. C’est le défi relevé par la start-up BeFC, issue du CNRS, après dix années de recherche et six brevets déposés. Ses piles miniatures recyclables faites de couches de cellulose utilisent la biocatalyse (oxygène et glucose) pour produire de l'électricité. Les capteurs s’activent au contact d’une goutte d’eau, de sueur, de salive, de sang ou d’urine. Sans métal ni lithium, fines et flexibles, elles peuvent être intégrées à tous les appareils électroniques de basse puissance. Leur potentiel est énorme : outre les dispositifs médicaux, ces piles 100% écolos pourront alimenter quantité d’objets connectés ou permettre de suivre des millions de colis. Beaucoup d’industriels de l’emballage et de logisticiens sont déjà intéressés.
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L’efficience énergétique des bâtiments sera décuplée
C’est le Graal écolo : pouvoir stocker les énergies renouvelables dont la production est le plus souvent intermittente, ce qui constitue un frein à leur utilisation. Sylfen, une start-up fondée en 2015 à Grenoble, a pris un tour d’avance : avec pas moins de 22 brevets déposés et 40 millions d’euros investis, cette pépite tricolore a mis au point une solution destinée aux bâtiments, responsables aujourd’hui de 40% de la consommation d’énergie en France. Développé en partenariat avec le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) de Grenoble, son Smart Energy Hub (SMH) est un système de stockage à hydrogène qui devrait rapidement conquérir les promoteurs d’écoquartiers. Un superlogiciel pilotera l’énergie produite par un immeuble équipé, par exemple, de panneaux solaires : celle-ci sera autoconsommée en journée, tandis que le surplus sera conservé sous forme d’hydrogène dans des réservoirs. Lorsque, la nuit, l’édifice aura besoin de lumière ou de chaleur, une fonction pile à combustible se mettra en route et alimentera le bâtiment en électricité.
Les panneaux solaires deviendront invisibles grâce aux cellules photovoltaïques développées par les ingénieurs de l’université du Michigan (Etats-Unis) : elles capteront une partie de l’énergie du soleil tout en laissant passer la lumière.
Du bois transparent comme le verre. C’est la prouesse réalisée par le Forest Products Laboratory, aux Etats-Unis, après avoir traité des planches de balsa. Plus résistant, ce bois translucide est aussi plus isolant, et il permettra de stocker le CO2 alors que les fours de cuisson du verre en rejettent énormément.
Mieux isoler ses fenêtres sans les remplacer : avec ses écrans qui se teintent selon l’intensité du soleil et peuvent se fixer directement sur les vitrages existants, la société texane Inovues pourrait révolutionner la rénovation énergétique des bâtiments.
Après les peintures antimicrobes, anti-odeurs, et celles qui stockent la chaleur du jour pour la restituer la nuit, des scientifiques de l’université américaine Purdue en ont inventé une rafraîchissante, capable de ré fléchir 95% des rayons lumineux qu’elle reçoit. Résultat : les murs peuvent perdre jusqu’à 10 degrés par rapport à la température ambiante.
Recouvrir les façades de mousse pour piéger les polluants et le CO2 : testée par des chercheurs allemands de l’université de Kaiserslautern sur un immeuble de trois étages, cette technologie s’avère aussi efficace qu’une forêt de 600 arbres.
Des doubles vitrages incorporant un liquide révolutionnaire permettront d’économiser 30% de chauffage ou de climatisation par rapport aux meilleures fenêtres existantes, nous promettent les ingénieurs de l’université de Nanyang, à Singapour.
Les Asiatiques le savent depuis longtemps : le bambou est un excellent matériau de construction, à la fois robuste et moins polluant lors de son extraction que le bois. Après dix ans de tests, la start-up californienne BamCore a industrialisé un procédé de panneaux en bambou prêts à monter.
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On recyclera les terres rares présentes dans nos téléphones
Parmi nos nombreuses dépendances à l’égard de la Chine, celle de l’approvisionnement en terres rares est particulièrement préoccupante. Alors qu’on retrouve ces 17 minerais dans une infinie variété de produits – smartphones, moteurs de voitures électriques, lasers, satellites… –, l’empire du Milieu règne sur 62% de leur production mondiale. Pour desserrer cet étau et son impact sur l’environnement, la piste de leur recyclage est l’une des plus prometteuses et mobilise plusieurs grands laboratoires internationaux. Au CNRS, l’ingénieure en physique des matériaux Sophie Rivoirard pilote le projet Recup’TR. Son ambition ? Le recyclage des aimants à base de terres rares présents dans les disques durs. Pulvérisés, ils sont réduits en poudre et, associés à un polymère, deviennent facilement réutilisables. Rien qu’en Europe, 3.000 tonnes d’aimants à base de terres rares pourraient ainsi être recyclées chaque année. D’ici cinq à dix ans, nos poubelles remplaceront les mines de Mongolie !
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Grâce à l’intelligence artificielle, les usines seront moins énergivores
Jusqu’à 15% d’économies d’énergie sans changer une machine ! C’est la prouesse développée par Metron, une cleantech française en passe de devenir leader mondial de sa spécialité. Basés sur l’intelligence artificielle (IA) – qui brasse et analyse des millions de data –, ses algorithmes permettent aux industriels d’améliorer en temps réel la consommation de leurs chaînes de production. « On sait où l’énergie se perd à l’électron près, quelles machines peuvent être mieux réglées ou utilisées moins longtemps…», précise son dirigeant fondateur Vincent Sciandra. Avec une trentaine de collaborateurs sur 150 dédiés à la R&D, Metron a pris une bonne longueur d’avance sur ses concurrents, allemands notamment. En six ans et après avoir levé 20 millions d’euros, cette pépite a déjà signé des contrats sur trois continents. « D’ici cinq ans, nous serons capables de décarboner des territoires entiers en modélisant et connectant la consommation des transports, des bâtiments ou des équipements publics, assure Vincent Sciandra. En un clic, les énergéticiens pourront ainsi alimenter la piscine municipale avec la chaleur excédentaire d’une usine proche. »
Des centrales solaires seront installées directement dans l’espace
Devenir le premier pays à capter l’énergie solaire directement dans l’espace pour la rediriger vers la Terre : c’est l’un des paris de la Chine et elle est bien partie pour le gagner. Dès 2030, Pékin devrait lancer sa première centrale solaire en orbite, un énorme satellite équipé de panneaux photovoltaïques géants capables de recueillir de l’énergie 24 heures sur 24 toute l’année. Ces centrales ne monopoliseront plus des millions d’hectares : elles tourneront à 35.000 kilomètres au-dessus du niveau de la mer, loin des nuages et du cycle jour-nuit. Fini les aléas de la météo ! Cette énergie solaire ultrapuissante sera transmise par un faisceau d’ondes radio, tandis qu’au sol une station récupérera le signal pour le convertir en électricité. Une minicentrale pourrait être testée d’ici 2025.
Nos villes seront éclairées aux bactéries marines luminescentes
Pollution lumineuse, utilisation de terres rares dans les LED, consommation énergétique importante… Selon l’ONU, l’éclairage public utilise 15% de l’électricité mondiale et dégage 5% des gaz à effet de serre. L’innovation de la jeune pousse francilienne Glowee pourrait bien changer la donne. Son inspiration ? Les espèces sous-marines capables de produire de la lumière grâce à la bioluminescence. Après plusieurs années de recherche et trois brevets déposés, Glowee a identifié une source de bactéries marines – secrètes – particulièrement performantes. L’avantage de ces micro-organismes est qu’ils se reproduisent à l’infini. Placés dans une sorte d’aquarium, ils émettent, par réaction chimique, une lumière douce, froide et bleutée. Cette bioluminescence n’est pas encore assez puissante pour remplacer les lampadaires ou les ampoules domestiques. Mais Glowee a signé un projet pilote avec la ville de Rambouillet (78) afin de tester ce nouvel éclairage sur du mobilier urbain.
Les paysans pourront se passer d’engrais chimiques
D’ici 2050, la planète devra nourrir 2 milliards de personnes de plus qu’aujourd’hui. Or, les surfaces cultivables n’étant pas extensibles, il faut accroître leurs rendements. Mais de manière naturelle si on veut préserver les sols et protéger les agriculteurs. En France, l’objectif est de réduire de moitié la consommation des pesticides d’ici 2025. La solution ? Les remplacer par des engrais naturels. Une piste de recherche suivie par de nombreuses jeunes pousses dans le monde. Certaines travaillent sur la transformation de végétaux (ortie, bourrache, ail…), de déjections d’insectes ou d’extraits de plantes en fongicides naturels. D’autres planchent sur la génétique microbienne. Comme la start-up californienne Pivot Bio, dont les découvertes permettent aux microbes présents dans le sol de libérer de l’azote à la racine des plantes pour les doper. En France, forte de quinze brevets, MicroPep, née au CNRS de Toulouse, devrait être la première société au monde à commercialiser des biostimulants capables de booster les acides aminés des végétaux. Pas un géant des fongicides qui ne l’ait approchée pour racheter sa technologie. Il faudra compter aussi sur les inventions de Biovitis, qui a déposé plusieurs brevets pour des biostimulants à base de micro-organismes contre les maladies du blé, du colza et de la vigne. Reste à tous ces fertilisants naturels de se montrer aussi efficaces – ce qu’ils sont –, mais au même prix que leurs équivalents chimiques. Une étape qui devrait être franchie d’ici cinq ans.
Les colles industrielles seront végétales
C’est bien joli de vouloir construire écolo, mais si les colles utilisées dans les panneaux de bois continuent d’être à base de pétrole, l’effet « vert » sera tout relatif. Pour les remplacer, la start-up Evertree est allée chercher du côté des résidus (tourteaux) d’extraction d’huiles végétales. Bingo ! Les premiers tests menés chez cinq fabricants américains sur 50.000 mètres carrés de panneaux ont permis de réduire de 100% l'utilisation des résines à base de pétrole. Demain, le recours à ces liants végétaux dans d’autres matériaux composites aura un impact direct sur la qualité de l’air urbain, plus de la moitié des polluants volatils émanant des matériaux présents dans les habitations. Après avoir levé 15 millions d’euros, la société basée à Compiègne (60) prévoit de lancer cette année une première unité industrielle de 25.000 tonnes annuelles. Tandis que les équipes R&D planchent sur d’autres débouchés dans les mousses, les émulsifiants et les produits adhésifs.
Des films photovoltaïques s’appliqueront sur toutes sortes de supports
Ca ne l'a pas aidé à gagner le Vendée Globe, mais le bateau truffé de technologie de Jean Le Cam en aura testé une révolutionnaire : aussi fines et souples que des billets de banque, des membranes photovoltaïques ont été posées sur la cabine et les voiles du «Yes we Cam» pour lui fournir de l’électricité. Une innovation mise au point par la start-up française Solar Cloth System, pionnière dans ce domaine. Avec un rapport poids-puissance imbattable – 340 watts par kilo contre 15 pour les panneaux classiques –, ces feuilles pourront équiper les navires du futur, les campements militaires, les serres agricoles, les drones, les avions électriques, les tentes de camping… Des débouchés qui vont permettre à cette société des Alpes-Maritimes de lancer une production de 100 mètres carrés par jour d’ici la fin 2021.
Les véhicules utilitaires ne rejetteront plus de CO2
En Europe, les transports sont responsables de près de 30% des émissions totales de CO2, et 72% de ces émissions proviennent du transport routier. Rendre les camions et les véhicules utilitaires moins polluants est donc la priorité de nombreux chercheurs. En Suisse, une équipe de la prestigieuse école d’ingénieurs EPFL a breveté un procédé pour capturer le CO2 directement sur le pot d’échappement des camions. Celui-ci est ensuite liquéfié et stocké dans une bonbonne fixée sur le toit du véhicule. Lors de son prochain plein, le chauffeur pourra le déposer dans une station-service où il sera transformé en carburant conventionnel grâce à l’énergie renouvelable. Un nouveau genre de circuit court. La technologie a été testée sur des camions mais pourra fonctionner sur des cars ou des bateaux. Avec un énorme avantage : contrairement aux solutions électriques ou à hydrogène, on pourra conserver la flotte de poids lourds circulant déjà sur nos routes tout en les rendant neutres en émissions carbone.
On saura limiter la consommation des émetteurs télécoms 5G
Les réseaux télécoms sont confrontés à une inflation de leur consommation d’énergie. En cause, l’amplificateur de puissance, le composant clé des relais de téléphone mobile, qui en engloutit plus de la moitié. Or, avec le passage à la 5G, cette consommation pourrait doubler, voire tripler. La parade ? Les amplificateurs nouvelle génération développés par la start-up française Wupatec et protégés par cinq familles de brevets. Actuellement testée sur des émetteurs militaires, cette nouvelle technologie de radiofréquence permettrait de réduire de moitié la consommation d’énergie des réseaux 5G. Une innovation qui intéresse de nombreux équipementiers d’infrastructures télécoms.
Les déchets seront transformés en bioplastiques
Voilà un des pires fléaux pour notre planète. Selon une récente étude de Science Advances, si rien n’est fait, ce sont 12 milliards de tonnes de déchets plastiques qui finiront sur des sites d’enfouissement ou dans la nature d’ici 2050. D’où l’urgence à fabriquer des bioplastiques facilement dégradables. Certains de ces substituts existent déjà pour les sacs-poubelle, les pochons de fruits et légumes ou encore le paillage agricole. D’autres, pour les emballages des aliments ou des produits ménagers, sont encore en développement, qu’ils soient à base de déchets alimentaires – piste suivie par la société canadienne Genecis Bioindustries – ou de résidus agricoles – innovation de l’entreprise américaine Pivot Bio. Leur point commun ? Ils sont fabriqués à partir de végétaux et non de dérivés du pétrole, et leur structure chimique les rend biodégradables. Ce qui n’est pas encore le cas des emballages rigides, très difficiles à recycler.
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Un casse-tête que la start-up Carbiolice, basée dans le Puy-de-Dôme, est en passe de résoudre après sept ans de recherche. Sa trouvaille ? Un principe actif à base d’enzymes capables de rendre le plastique à base d’acide polylactique (ou plastique PLA, issu de maïs) entièrement compostable. Introduites dès leur fabrication, elles permettront aux films, pots de yaourts, barquettes ou gobelets de se biodégrader intégralement. Tandis que 7,5 millions de tonnes de déchets plastiques sont rejetées dans les mers chaque année, la start-up stéphanoise Lactips a, elle, inventé le premier bioplastique soluble dans l’eau sans résidus. « A base de caséine de lait, il pourra servir à conditionner des doses de détergents pour lave-vaisselle, par exemple », détaille sa fondatrice Marie-Hélène Gramatikoff.
Solution plus radicale, certains tentent carrément de supprimer le plastique, même bio. Parmi les projets les plus avancés, celui de Carlsberg, qui travaille sur une bouteille constituée à 98% de fibres de bois, en collaboration avec le Centre technique du papier à Grenoble. Pour qu’elle résiste à l’humidité, cette flasque écolo, qui intéresse aussi Coca-Cola, L’Oréal et Ricard, a été dotée d’un fin revêtement minéral biodégradable à base de silicium. Les prototypes seraient prêts, mais la mise en production prendra encore quelques années.
Grâce au digital, les cultures seront moins polluantes
Capteurs, objets connectés, drones, robots… Ces outils numériques feront bientôt partie du quotidien de nos agriculteurs. « Disponibles sur leur mobile, ces données vont les aider à développer une agriculture durable », observe Bénédicte Monpert, du fonds d’investissement Capagro. Et dans cette agtech en plein essor, la France aligne déjà plusieurs champions. Dans les radars et capteurs de données des sols, par exemple. Comme ceux de Weather Measures, Weenat ou Sencrop, qui mesurent la température de l’air, la chimie de la terre, son taux d’humidité. Traitées et envoyées sur smartphone, ces infos permettront d’optimiser les passages de tracteur, les arrosages, les apports d’engrais, les dates de semis ou de récolte.
Pour capter ces données, les drones aussi seront utiles. Inventé par deux anciens d’Airbus, celui de la start-up Chouette prend des milliers de photos disséquées par un algorithme capable de détecter les maladies de la vigne. Or, plus vite celles-ci seront détectées, moins les traitements seront massifs. La viticulture aussi va s’équiper de robots. Electriques et autonomes, ceux de Naïo Technologies, bientôt équipés de recharges solaires, sont capables de désherber des rangs de 100 mètres à 95%, donc sans pesticides, en sept minutes. « Demain, ils pourront désherber des champs de carottes, poireaux, oignons…», assure son cofondateur Guillaume Delprat.
Le stockage des mémoires numériques sera décuplé et moins énergivore
On l’oublie souvent en pianotant sur nos ordinateurs ou nos smartphones, mais l’écosystème digital mondial – notamment les data centers – avale 15% de la consommation d’électricité de la planète ! Or l’explosion du marché des objets connectés, de l’intelligence artificielle et du cloud va aggraver encore cette boulimie. A moins qu’on ne puisse densifier la mémoire des systèmes informatiques tout en diminuant leur impact énergétique. C’est la prouesse accomplie par les chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies, un laboratoire commun au CNRS et à l’université Paris-Saclay, où se trouve l’une des plus grandes salles blanches académiques d’Europe. Fondée en 2017 et détentrice de trois brevets, leur start-up Spin-Ion Technologies entend imposer son innovation comme le nouveau standard industriel des fabricants de mémoires numériques. Une prochaine levée de fonds devrait lui en donner les moyens.
L’hydrogène vert sera le carburant de demain
Retenez bien ce nom : McPhy. Il sonne anglo-saxon, mais c’est bien d’une PME drômoise qu’il s’agit, bien partie pour devenir un des champions mondiaux de la greentech. Ses deux inventions ? Des électrolyseurs capables de produire de l’hydrogène vert à grande échelle à partir d’électricité et d’eau, sans aucune émission de CO2. Et des stations de recharge – l’équivalent des stations essence pour les véhicules thermiques aujourd’hui – qui permettront de réapprovisionner les futures voitures à hydrogène en quelques minutes.
La Bourse ne s’y est pas trompée : le cours de McPhy a bondi de 775% en 2020. Il faut dire que l’unique carburant de substitution aux énergies fossiles pour le transport longue distance – y compris aérien (l’Airbus à hydrogène est attendu en 2035) –, le chauffage et l’industrie, pourrait représenter, selon Bloomberg, un marché de 700 milliards de dollars par an d’ici 2050. Et cocorico, la France aligne déjà plusieurs pépites : Ergosup (électrolyse à haute pression), Qairos Energies (transformation du chanvre), ou Lhyfe, qui privilégie l’éolien. Sans parler du mastodonte Air liquide, dont la première usine d’hydrogène décarboné par électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEM) vient de terminer avec succès sa phase pilote au Danemark. « Encore beaucoup plus cher que le pétrole, ce nouveau carburant devrait devenir compétitif à l’horizon 2030 », prévoit Jules Besnainou, du cabinet Cleantech Group.
L’autonomie des véhicules électriques sera doublée...
Stimulée par le commissaire Thierry Breton, l’Europe rêve de bâtir un « Airbus de la batterie » pour contrer les industriels asiatiques, tandis que les propriétaires – de plus en plus nombreux – de véhicules électriques attendent, eux, qu’ils soient plus autonomes. Filiale de Total, Saft, le champion français des batteries de haute technologie qui équipent notamment des satellites et des avions, est bien placée dans cette course. Avec ses alliés Siemens et Solvay, notamment, l’objectif est de concevoir et de produire une batterie lithium-ion solide (l’électrolyte est une plaque de verre), une révolution après des décennies de batteries dites « liquides ». Les promesses de cette nouvelle génération sont multiples : une sécurité accrue – elles ne seront pas inflammables –, une autonomie décuplée pour atteindre 800 à 1.000 kilomètres, et surtout un temps de recharge qui pourrait être réduit à quelques minutes. Saft et ses partenaires européens estiment qu’un premier produit pourrait voir le jour dès 2023.
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… et leurs batteries se rechargeront plus vite et seront plus écolos
En 2019, le prix Nobel de chimie récompensait un trio de chercheurs anglo-américano-japonais pour leurs travaux, initiés dans les années 1970, sur les batteries lithium-ion. Il faut dire que cette technologie a permis l’avènement des smartphones, des ordinateurs portables, des montres connectées, des consoles de jeux, des véhicules électriques … Sauf qu’aujourd’hui ces batteries ne sont plus du tout écolo-compatibles. Notamment du fait de leurs composants, le lithium et le cobalt, des matériaux rares dont l’extraction est souvent catastrophique pour l’environnement. Heureusement, plusieurs start-up planchent sur des alternatives. Comme Tiamat, soutenue par le CNRS, qui, après six ans de travaux, a mis au point une batterie à base de sels de sodium – présents en abondance dans les océans et la croûte terrestre –, rechargeable dix fois plus rapidement et avec une longévité trois fois supérieure à celle des modèles lithium. Selon Jules Besnainou, du Cleantech Group, « cette technologie va révolutionner quantité d’usages dans la mobilité électrique, les outillages portatifs ou le stockage des énergies renouvelables ».
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