Energie verte : 15 innovations qui doivent faire leurs preuves

La peinture en question pourrait être appliquée sur de multiples supports. Reste quand même à travailler sur le système de collecte de l’hydrogène. Il sera au point d’ici à 2025, promettent les chercheurs. Pour ce qui est de la validation économique de son invention, l’équipe australienne ne se risque pas à évoquer de calendrier.

Récupérer la chaleur industrielle perdue pour l’utiliser plus tard

L’industrie évacue d’énormes quantités de chaleur dite «fatale» dans l’atmosphère – plus de 900 térawatt-heures en Europe, l’équivalent de la production d’une centaine de réacteurs nucléaires –, que l’on aurait grand intérêt à récupérer. C’est ce qu’envisage la start-up toulousaine Water Horizon, qui a développé une batterie thermique, réversible et mobile, de la taille d’un conteneur et transportable par camion. L’engin fonctionne à l’aide d’un procédé thermochimique qui utilise divers réactifs sous forme gazeuse, liquide et solide.

Il peut transporter de la chaleur, à moins de 200 degrés (au-delà de cette température, mieux vaut l’utiliser pour produire de l’électricité), à partir d’un point où elle a été perdue, un site industriel ou un incinérateur, par exemple. Puis l’amener sur un lieu de consommation pour la distribuer à 80 degrés pour chauffer des bâtiments, à un prix inférieur à celui du gaz, ou encore pour produire du froid pour des data centers, des installations pétrochimiques ou agroalimentaires. Le procédé est actuellement en test en partenariat avec Dalkia, filiale d’EDF, numéro 1 des réseaux de chaleur dans notre pays.

Construire des éoliennes surpuissantes

La course au gigantisme des éoliennes offshore continue. Après l’Haliade-X de General Electric de 13 mégawatts dont la production démarre à Saint-Nazaire, puis la V236 de 15 mégawatts de Vestas annoncée il y a un an, voici la MySE de 16 mégawatts du groupe chinois MingYang Smart Energy. Plus élevé que la tour Montparnasse et d’une envergure de 242 mètres, ce dernier engin hors norme doit être testé en fin d’année et commercialisé à partir de 2024.

Conçu pour résister aux vents forts et même aux typhons fréquents en mer de Chine, le monstre sera capable de produire 80 gigawatt-heures par an, soit les besoins électriques d’environ 20.000 foyers, selon ses promoteurs. Cette course à la taille vise à rendre l’offshore (2,6 millions d’euros d’investissement par mégawatt en moyenne) plus compétitif vis-à-vis du terrestre (de 1 à 1,7 million d’euros par mégawatt). Selon une étude récente du journal spécialisé «Nature Energy», le gigantisme des éoliennes offshore permettrait d’en réduire les coûts d’au moins 49% d’ici à 2035.

Des data centers refroidis par immersion

Naval Group et Microsoft veulent économiser jusqu’à 95% de l’énergie nécessaire au refroidissement des data centers en les plongeant dans l’eau de mer. Leur prototype, Natick, est une cuve de 12mètres de long et de 3,20mètres de diamètre abritant 64serveurs. L’engin a été immergé dans l’archipel des Orcades, au large de l’Ecosse, où Naval Group teste une hydrolienne qui l’a alimenté en électricité. Après deux ans par 100mètres de fond, Natick a été repêché fin 2020. Avec des résultats encourageants : le taux de défaillance a été 8fois inférieur à ceux constatés sur la terre ferme. Outre l’efficacité du refroidissement naturel, la fiabilité des systèmes a été augmentée car l’atmosphère dans le conteneur était uniquement composée d’azote, moins corrosif que l’oxygène.

Augmenter l’efficacité énergétique des composants électroniques

Les technologies de l’information rejettent autant de CO2 que l’aviation, soit 4,5% du total des émissions environ pour chacune. Et, au rythme actuel de leur croissance, elles compteront pour 15% en 2035, quand 30 fois plus de données circuleront. Pour y remédier, le CEA-Leti, centre de recherche appliquée en microtechnologies et nanotechnologies, a produit fin 2020 une feuille de route visant à améliorer par un facteur 1.000 l’efficacité énergétique des composants électroniques. Parmi les pistes dont les applications industrielles sont annoncées avant 2025 : une nouvelle génération de mémoires non volatiles qui, à la différence des traditionnelles SRAM ou flash, conservent leurs données même si elles ne sont pas alimentées en électricité. Ce type de mémoires faciliterait, en outre, la généralisation des puces neuromorphiques (disposant de capacités d’autoapprentissage) qui, un peu comme le cerveau, sont capables d’analyser des données sensorielles avec une excellente efficacité énergétique.

Pour ce qui est de l’architecture des systèmes, également à l’horizon 2025, le CEA-Leti recommande de privilégier l’empilement de puces amincies permettant de rassembler des éléments traditionnellement incompatibles (calcul, mémoire, capteurs, etc.). Le circuit final serait ainsi plus compact, plus rapide, et, c’est le but, moins gourmand en énergie. Pour une échéance à 2030, le laboratoire travaille à des solutions pour relocaliser les opérations de calcul et de traitement des données au sein même des composants, afin de contenir la consommation d’énergie liée au transport des données vers le cloud.

Transformer le plastique en carburant

Du pétrole il était, en pétrole il retournera ! Une façon originale et peu coûteuse de limiter le fléau des résidus plastiques consisterait à les (re)transformer en carburant. C’est ce que démontre le japonais Fujitsu, spécialiste de l’électronique, qui a présenté en 2020 une méthode de liquéfaction des déchets issus des produits informatiques. Le plastique est chauffé dans une cuve de craquage, puis le gaz issu de la combustion passe par une chambre de refroidissement pour être enfin récupéré sous la forme d’un sous-produit du pétrole, réutilisable pour la chimie ou le chauffage, par exemple.

Dans la même veine, une start-up française, Earthwake, vient de concevoir une machine, appelée Chrysalis, qui utilise une technique éprouvée, la pyrolyse (combustion sans flamme à très haute température), pour dissoudre des molécules de plastique issu de flacons, de sprays, de cabas usagés… Une fois distillées, elles en ressortent sous forme d’essence, de fuel et de gaz. En outre, le rendement est intéressant : une machine peut produire 120 litres de carburant par jour avec 160 kilos de plastique.

Convertir le CO2 en kérosène

Le français Khimod a annoncé au printemps dernier avoir produit du kérosène de synthèse à partir de CO2 et d’hydrogène. La start-up utilise un dispositif dit «Fischer-Tropsch», du nom des deux savants allemands qui l’ont inventé dans les années 1920. Il s’agit de convertir à l’aide de catalyseurs du monoxyde de carbone (CO) et de l’hydrogène (H2) en différents hydrocarbures. Pas seule sur ce créneau, Khimod se distingue néanmoins par son procédé original. Ce dernier permet d’une part de contrôler la température de la réaction, ce qui rend le catalyseur plus efficace.

D’autre part il utilise, pour générer le CO nécessaire à la réaction, du CO2 qui peut être capté sur des sites industriels, des installations de méthanisation, voire dans l’air ambiant. L’hydrogène, lui, provient d’électrolyseurs alimentés par de l’électricité issue d'énergie renouvelable. Après une phase expérimentale, Khimod dit pouvoir commencer à produire industriellement son kérosène d’ici cinq ans. Dans un premier temps, ce carburant pourrait être intégré au kérosène classique (jusqu’à 50%). Pour remplacer totalement ce dernier, il faudrait aussi adapter les moteurs d’avion, ce qui est envisageable après 2030.

Développer l’énergie osmotique, renouvelable mais pas intermittente

La start-up rennaise Sweetch Energy lance de nouveaux travaux sur l’énergie osmotique: il s’agit de produire de l’électricité en continu via une membrane ionique placée là où l’eau douce des fleuves rencontre l’eau salée des océans. La différence de concentration entre les deux liquides crée un mouvement – et donc de l’énergie – qu’il est possible de convertir en électricité. Mise au point après trois ans de recherche-développement et protégée par cinq brevets, la membrane de Sweetch aurait un rendement énergétique plus de 10 fois supérieur à celui des cloisons qui existaient jusque-là. Ce qui rend le projet économiquement viable, avec des perspectives énormes puisqu’on pourrait installer le dispositif dans de nombreux estuaires. Fin 2023, l’entreprise devrait présenter un premier démonstrateur, puis envisagera l’industrialisation du procédé.

Piloter la recharge des véhicules électriques

D’ici à 2035, un tiers des automobilistes rouleront à l’électrique. Cela risque de faire s’envoler la consommation d’électricité, au point de menacer par moments l’équilibre du réseau. C’est pourquoi Enedis, la filiale d’EDF en charge de la distribution, mise sur le pilotage de la recharge des véhicules électriques (VE). Cela sera rendu possible par la mise en place progressive du «smart grid» (réseau intelligent), qui utilise les techniques de l’information pour optimiser le rendement des moyens de production en rapport avec la consommation instantanée. Différents leviers existent : le pilotage temporel avec des offres tarifaires avantageuses selon les horaires (comme les tarifs heures creuses d’EDF), le réglage de la puissance de recharge ou encore l’autoconsommation en journée pour les possesseurs de toitures photovoltaïques.

Autre perspective : réinjecter de l’électricité contenue dans les batteries, quand l’automobile est au garage, vers le domicile (un procédé appelé «vehicle-to-home», VtoH) et pourquoi pas vers le réseau («vehicle-to-grid», VtoG). Les VE pourraient devenir une source d’énergie non négligeable, équivalant à plusieurs tranches nucléaires. Ils pourraient être utilisés localement si des tensions sur le réseau se faisaient sentir. Ce système pourrait se mettre en place quand la majorité des véhicules seront adaptés au VtoG. A condition que les automobilistes jouent le jeu.

Faire voler des drones producteurs d’électricité

Les projets d’éoliennes aéroportées se multiplient. Parmi les plus avancés, le modèle imaginé par le néerlandais Ampyx Power en association avec l’énergéticien allemand E.ON, une sorte de planeur dont les mouvements dans le ciel forment un huit. Reliée au sol par un fil d’acier, la machine volante produit de l’électricité en phase de traction : en s’éloignant, elle déroule le câble et fait tourner le treuil qui entraîne un générateur électrique. Une fois le câble tendu, le drone redescend, ce qui provoque le rembobinage, puis le mouvement reprend.

L’engin peut monter à des altitudes de 200 à 450 mètres, beaucoup plus haut encore que les éoliennes offshore classiques, et donc afficher un rendement encore supérieur (plus on est haut, plus les vents sont forts et réguliers). Des prototypes capables de générer 250 kilowatts ont déjà été testés. Prochaine étape, l’installation d’une plateforme au large des côtes irlandaises avec un drone capable de générer 1 mégawatt, une puissance équivalant à celle de petites éoliennes terrestres.

D’autres start-up travaillent à des projets similaires, notamment l’américaine Makani Power, rachetée par Google, dont un modèle pilote vole au-dessus d’Hawaï, ou l’italienne KiteGen, qui a mis au point un modèle plus simple ressemblant à un cerf-volant.

Une batterie océanique comme solution de stockage

Au dernier CES de Las Vegas, la grand-messe du high-tech, le procédé vient de recevoir le prix de l’innovation. La start-up néerlandaise Ocean Grazer vient de présenter une solution de stockage pour les parcs éoliens offshore. Elle fonctionne selon une technique de pompage-turbinage déjà éprouvée dans les centrales hydroélectriques. Quand la production d’électricité éolienne est trop importante par rapport aux besoins du réseau, on utilise les excédents pour remplir d’eau des grosses poches posées sur le fond marin à proximité.

Quand il y a un besoin d’électricité dans une période où le vent ne souffle pas, on laisse la pression hydraulique exercée par l’océan renvoyer l’eau vers le système où sont installées des turbines qui génèrent à leur tour de l’électricité. Ces batteries océaniques pourraient être installées sur les champs d’éoliennes offshore existants et améliorer leur rendement d’au moins 30%.

De l’électricité stockée grâce à des blocs de béton

La start-up suisse Energy Vault veut stocker l’électricité en utilisant l’énergie cinétique. Son principe s’inspire des stations de pompage à côté des barrages (Step), mais en remplaçant la chute d’eau par des blocs de béton de 35tonnes transportés par une grue à sixbranches à 120mètres de hauteur. Si le réseau est excédentaire, la grue utilise l’électricité disponible pour hisser les blocs. Si le réseau a besoin d’être approvisionné, les masses suspendues redescendent. Le mouvement des blocs de béton sert alors à pour faire tourner un alternateur qui restitue l’électricité. Le matériau est constitué de béton recyclé et de gravier.

Cette solution fait tourner la tête des investisseurs, Saudi Aramco ou SoftBank, qui sont entrés au capital de la société helvétique. Energy Vault veut désormais accéder à Wall Street, où sa valorisation pourrait friser les 100 milliards de dollars.

Un avion à moteur hybride pour le transport régional

Révolution en vue dans l’aéronautique ? La start-up toulousaine Aura Aero va construire le premier appareil de transport régional à propulsion électrique. Cet avion de 19places sera équipé de 6moteurs électriques, chacun alimenté par une batterie (qui sera livrée par Verkor, pionnier français du secteur) et d’un turbogénérateur au fioul en complément. «Il sera capable de voler 100% électrique sur 400kilomètres et ses rejets de CO2 seront réduits de 80% jusqu’à 700kilomètres, les distances les plus courantes pour l’aviation légère», annonce Jérémy Caussade, ancien d’Airbus, cofondateur de l’entreprise.

Un premier vol est annoncé pour 2024 et une certification pour fin 2027 concernant le transport passager et le fret. Signe encourageant, l’irlandais Amedeo, loueur d’envergure internationale, vient de signer une lettre d’intention pour 200unités. Il reste à financer l’aventure, qui nécessitera environ 500 millions d’euros. Une levée de fonds importante est d’ores et déjà annoncée pour les mois à venir.