Vaclav Smil : les idées d'un génie qui peut sauver la planète

Vaclav Smil, des idées qui peuvent changer le monde

Le chemin a été tracé par l'écologiste Vaclav Smil, chercheur à l'Université du Manitoba, au Canada, auteur du livre "Invention et innovation : une brève histoire du battage médiatique et de l'échec", dans lequel, se méfiant de ceux qui promettent des inventions extraordinaires et inaccessibles, il dit sa "liste de souhaits" pour sauver le monde, en gardant les pieds ancrés à la réalité. Il a écrit plus de 40 livres et près de 500 articles sur l'énergie, l'environnement et la technologie.. En 2010, il a été nommé l'un des 100 meilleurs penseurs mondiaux par le magazine Foreign Policy et en 2014, il est devenu membre de l'Ordre du Canada. Pour Einaudi publié Les chiffres ne mentent pas. Petites histoires pour comprendre le monde (2021 et 2023) et Comment le monde fonctionne vraiment. Énergie, alimentation, environnement, matières premières : les réponses de la science  (2023).

« Les principales nouveautés, à mon avis – explique-t-il – renvoient à une série de questions auxquelles nous devons répondre de toute urgence. Ils se concentrent sur domaines qui auront le plus grand impact sur le bien-être humain et l'environnement et où il existe déjà une mine de connaissances sur lesquelles s'appuyer.

De quoi avez-vous vraiment besoin en ce moment ?

Débarrassez-vous des énergies fossiles pour le transport et pour cela il vous faut des super-batteries, plus performantes pour stocker suffisamment d'électricité pour les moyens de transport : batteries lithium-ionUtilisés aujourd'hui pour alimenter les voitures électriques, les téléphones portables, les ordinateurs portables et autres appareils électroniques portables, ils sont actuellement votre meilleur choix. Le meilleur type sur le marché a une densité d'énergie de 755 Wh/l, et pendant ce temps, le californien Amprius Technologies développe une nouvelle génération de batteries au lithium capables de stocker 1150 Wh/l.

Pourquoi les batteries lithium-ion sont-elles de plus en plus utilisées ?

Prenons l'exemple des batteries lithium-ion des vélos électriques :

Les batteries LITHIUM ION (Li-Ion) sont aujourd'hui la technologie la plus utilisée dans le monde des vélos électriques puisque, grâce à leur rapport poids/puissance, peut parcourir de longues distances avec une seule recharge, réduisant de 60% le poids des batteries au plomb classiques.

Ils ont une très faible autodécharge et n'ont pas ce que l'on appelle "l'effet mémoire" en raison d'une recharge fréquente. L'unité de contrôle interne (BMS) gère la tension de chaque cellule individuelle dans les phases de décharge et de charge, afin de ne pas endommager l'ensemble de la batterie.

Tir à la corde entre les énergies

Et pourtant, malgré les améliorations, la densité énergétique des batteries reste bien inférieure à celle des carburants liquides qui dominent encore les transports : l'essence atteint 9600 10.300 Wh/l, le kérosène 10.700 XNUMX Wh/l, le diesel et XNUMX XNUMX Wh/l. Donc, il devrait être possible de combler le fossé entre la densité énergétique des batteries et les combustibles fossiles.

Au cours des 50 dernières années, la densité énergétique maximale des batteries utilisées a quintuplé. Si nous maintenons ce rythme pendant les 50 prochaines années, nous atteindrons 3750 787 Wh/l. Un résultat qui faciliterait le transport lourd par route et par mer avec des véhicules électriques et qui, cependant, serait encore insuffisant pour propulser un Boeing XNUMX à propulsion électrique.

Le pouvoir des légumineuses

Quant à l'agriculture, si vous voulez qu'elle soit durable, le défi n'est pas moindre. C'est une activité à très fort impact du fait de la consommation d'eau, de l'occupation des sols et du rejet d'engrais azotés polluants. Une innovation clé, selon Smil, serait la capacité à développer des plantes qui n'ont pas besoin d'engrais chimiques (en 2020, les terres agricoles ont reçu 113 millions de tonnes, soit 40 % de plus qu'en 2000) : ce sont des plantes capables d'absorber les nitrates naturellement comme les légumineuses faire, qui profitent des micro-organismes symbiotiques attachés aux racines. La clé serait isoler les gènes de légumineuses permettant la fixation de l'azote et les transférer aux plantes céréalières et potagères.

photosynthèse productive

Nous avons également besoin d'une photosynthèse plus productive - les plantes sont vraiment inefficaces pour convertir l'énergie solaire en biomasse. Seule la moitié du rayonnement solaire qui atteint une plante peut être utilisée dans la photosynthèse elle-même., un pourcentage qui tombe à 44% après soustraction de la lumière réfléchie par les feuilles. Petit à petit, on estime finalement que seulement 4,5% de l'énergie solaire est convertie en glucides.

Par conséquent, même une amélioration relativement faible ferait une grande différence dans les rendements des cultures et, par conséquent, dans la disponibilité mondiale de nourriture pour nourrir adéquatement une population qui pourrait atteindre 10.000 milliards d'ici 2050. Par conséquent, la recherche devrait fonctionner pour améliorer le processus de synthèse de la biomasse, par exemple, en identifiant les gènes qui rendent les racines plus efficaces pour collecter l'eau et les nutriments, puis en les incorporant dans l'ADN de toutes les plantes considérées comme d'intérêt. Il serait également nécessaire de sélectionner des plantes avec des rendements plus élevés et une croissance plus rapide.

L'illusion de Vaclav Smil et des systèmes photovoltaïques autonettoyants

Thème renouvelable, à la portée de tous. Smil pense aux systèmes photovoltaïques autonettoyants, qui peut être appliqué comme peinture sur les murs et comme verre dans les fenêtres des bâtiments. Les systèmes photovoltaïques, qui convertissent l'énergie solaire en électricité, peuvent être installés dans n'importe quel endroit ensoleillé. Les versions les plus avancées conservent leurs performances pendant au moins 20 ans.

L'idéal serait donc de tapisser les villes de ces systèmes, déliminer les revêtements photovoltaïques à appliquer dans toute aire urbaine, pour introduire l'électricité produite dans les réseaux locaux. Naturellement, c'est un jeu si ces doublures sont également autonettoyantes, de sorte qu'elles restent fonctionnelles dans le temps.

On se rapproche du rêve de Vaclav Smil : des fenêtres solaires qui génèrent de l'électricité sont déjà sur le marché. Un exemple emblématique est la société Pilkington, qui produit des fenêtres autonettoyantes dont les revêtements photocatalytiques réagissent avec la lumière du soleil pour briser et dissoudre la saleté. La prochaine étape sera de rendre ces matériaux abordables et adaptables, à la portée de tous.

Les débuts du verre photovoltaïque…

La histoire du verre photovoltaïque a commencé il y a trois ans, lorsque l'équipe de recherche du Département de science des matériaux de l'Université Université de Milan-Bicocca il a réussi une entreprise qui, pour beaucoup, pourrait ressembler à de la science-fiction. L'équipe annonce l'arrivée du verre photovoltaïque, capable de produire de l'électricité grâce à la lumière .

Ce type de système solaire peut être intégré de manière transparente dans l'architecture des grands bâtiments et au-delà. La différence avec le verre ordinaire réside dans l'ajout de matériaux optiquement actifs , des nanosphères qui absorbent la lumière et la réémettent sous forme d'énergie. Les plaques sont insérées dans un triple vitrage double couche et garantir l'isolation thermo-acoustique et la protection du dispositif photovoltaïque vis-à-vis du milieu environnant.

Quels sont les avantages des fenêtres photovoltaïques ?

Les fenêtres avec verre PV integrado offrent plusieurs avantages, en effet, ce sont des structures assez stable, sans impact négatif sur la résistance. De plus, ils ne réduisent pas excessivement le rayonnement naturel de la maison, car ils garantissent jusqu'à 80% de transparence. Au contraire, ils assurent un rendement assez élevé, ils sont fabriqués avec Matériaux écologiques, ont un faible coût et permettent de plus grandes économies d'énergie dans votre maison.

Quels sont les inconvénients du verre photovoltaïque ?

Comme tout produit, le verre photovoltaïque a aussi ses inconvénients. Ce dernier peut être vu en termes de efficacité , en effet un système photovoltaïque traditionnel peut être orienté et incliné en fonction du rayonnement solaire. Les fenêtres photovoltaïques, cependant, toujours debout et cette position réduit la production d'énergie par rapport à un système de panneaux classique.

vrais plastiques verts

Nous avons aussi besoin d'un véritable plastique « vert ». La production mondiale de plastiques est proche de 400 millions de tonnes par an, dont la quasi-totalité finit dans des décharges. Seule une partie minoritaire est recyclée et pour cela, observe Smil, il faudrait produire du plastique véritablement biodégradable à l'échelle industrielle et avec des procédés à faible coût, par exemple à base de déchets ou produits par des micro-organismes.

fièvre planétaire

Contre la fièvre planétaire - ajoute le savant - il n'est pas exclu qu'un jour, nous devions recourir à un "pare-soleil géant", appliqué dans l'espace et capable de détourner entre 1 et 2% de la lumière solaire. Cette barrière devrait être garée à environ 1,5 million de kilomètres, au point entre le Soleil et la Terre où leurs forces gravitationnelles s'annulent pour que la structure reste dans une position stable. Pour le moment, il s'agit d'une perspective controversée et coûteuse et Smil y voit une "blague" à jouer si les émissions de CO2 ne sont pas suffisamment réduites.

Mais ce n'est pas tout pour Vaclav Smil...

Les innovations urgentes et possibles ne s'arrêtent pas là, conclut Smil. Son livre se veut un récit apaisant de la manière dont la technologie et la créativité peuvent être décisives pour résoudre le grand drame du moment : le changement climatique.