Transition énergétique : la recherche peut-elle sauver le climat ?

La transition énergétique mondiale est une course contre la montre. De nouveaux matériaux efficaces sont importants. Afin de comprendre cela dans les moindres détails, des chercheurs internationaux utilisent la puissance de l’accélérateur de particules.

Le monde se dirige vers une révolution énergétique. Selon le physicien Gunnar Luderer de l’Institut de recherche sur l’impact climatique (PIK) de Potsdam, ce qui semble si dramatique n’est pas une mauvaise nouvelle, mais une nécessité qui offre de nombreuses opportunités. Cela fait référence à la transition énergétique mondiale, à la conversion de notre économie et de notre société mondiales des combustibles fossiles aux combustibles renouvelables. Mais comment ce gigantesque changement est-il censé s’opérer étant donné le manque de temps ?

Les nouveaux matériaux sont la clé

Pour que cela réussisse, de nombreuses vis doivent être tournées. L’un d’eux est la science des matériaux. Pour entrer dans la nouvelle ère, nous avons besoin de nombreux matériaux spécialement adaptés à leur application, explique Norbert Holtkamp de l’Université de Stanford en Californie.

Éclairé par des néons, le physicien déambule dans un très long couloir qui ressemble à un sobre sous-sol rempli de tuyaux et de câbles. Visuellement, ce lieu de travail n’est pas beau, mais les valeurs intérieures comptent – et elles ont tout pour plaire. C’est l’un des plus grands accélérateurs de particules linéaires au monde.

Comprendre jusqu’au niveau atomique

La structure de la matière est examinée dans cette installation longue de trois kilomètres. « Ici, dans le bâtiment, les électrons sont accélérés, puis l’énergie cinétique est convertie en impulsions de rayons X », explique Holtkamp. Ces impulsions de rayons X sont extrêmement intenses, environ 100 millions de fois plus intenses que toute autre source de rayons X, explique le chercheur du ARD-Documentaire scientifique “La révolution des énergies renouvelables”. Vous souhaitez découvrir à quoi ressemblent les matériaux et les comprendre jusqu’au niveau atomique afin de pouvoir les développer davantage.

Nouveaux matériaux

Des instituts et des laboratoires ont été créés autour de l’accélérateur de particules pour mener des recherches fondamentales dans ce domaine. Par exemple, ils développent des matériaux et des produits chimiques pour de nouveaux types de batteries. Sans eux, l’électrification « verte » complète de notre monde ne serait pas possible. Mais les dispositifs de stockage d’électricité doivent devenir le plus rapidement possible plus petits et plus puissants.

Cela vaut également pour le développement de nouvelles cellules solaires. L’un des principaux centres de recherche dans ce domaine est le California Institute of Technology (CALTEC). Harry A. Atwater y est le chef du département d’ingénierie et de sciences appliquées. Lui et son équipe souhaitent amener les matériaux destinés aux systèmes solaires à un niveau d’efficacité supérieur et utiliser pleinement le potentiel de l’énergie solaire.

Des solutions depuis l’espace

Les chercheurs travaillent non seulement sur des solutions qui fonctionnent sur Terre, mais aussi dans l’espace. L’idée n’est en aucun cas nouvelle : elle a été évoquée pour la première fois en 1941 dans une nouvelle d’Isaac Asimov. Mais depuis cette année, la vision est devenue réalité : en janvier 2023, le prototype d’une voile photovoltaïque ultralégère et auto-repliable a été lancé dans l’espace.

Plusieurs de ces voiles seront éventuellement assemblées dans de grands parcs solaires. “Si vous vous éloignez suffisamment de la Terre, que vous faites une orbite géostationnaire et que vous pointez le panneau solaire directement vers le soleil, il est alors midi par une journée d’été ensoleillée, 24 heures sur 24”, a déclaré Atwater. Cela signifie que l’énergie solaire n’est pas affectée par les cycles jour-nuit ou par la météo.

L’énergie collectée sera ensuite convertie au sein du parc solaire et transmise sous forme d’ondes électromagnétiques aux stations de réception sur Terre. Selon Atwater, cela fonctionne de manière très similaire aux téléphones portables. Les chercheurs peuvent même utiliser la même fréquence de rayonnement. En mars 2023, ils ont réussi pour la première fois à envoyer l’énergie collectée depuis l’espace vers le toit de CALTEC. La technologie fonctionne donc, mais il faudra encore quelques années avant qu’elle soit largement utilisée dans la pratique.

Transition énergétique mondiale : une course contre la montre

Cependant, la transition de tous les systèmes économiques et de la société des combustibles fossiles vers les énergies renouvelables prend du temps dont le monde ne dispose pas réellement. Pour le physicien Luderer du PIK, l’absence de politique climatique sérieuse au cours des 15 dernières années est une des raisons pour lesquelles la marge de manœuvre nécessaire a été perdue. «Cela signifie que nous devons réfléchir à des objectifs beaucoup plus stricts et accélérer la transformation», explique Luderer. Il estime que l’horizon temporel dont nous disposons est passé de 50 à 25 ans.

Il est donc d’autant plus important que la recherche et le développement soient permanents dans tous les domaines. L’accélérateur de particules de Stanford ne sauvera peut-être pas le climat, mais il contribue beaucoup au succès de la science des matériaux. Il s’agit d’une plateforme d’innovation très puissante pour l’énergie « verte », a déclaré Atwater. Sans eux, le gigantesque projet mondial de transition énergétique ne fonctionnera pas. “Presque toutes les formes de technologies vertes que nous développons – des cellules solaires aux piles à combustible ou aux cellules électrochimiques pour la production d’hydrogène – tout ce qui est nécessaire pour construire une économie durable, tout cela est basé sur certains matériaux.”