Refroidissement climatique - Une étonnante technologie passive à la rescousse

Refroidissement du ciel de nuit

« Gas à effet de serre » signifie que certains gaz bloquent la radiation thermique.
Dilués dans l’atmosphère, ces gaz empêchent la chaleur ( la radiation thermique) de s’échapper vers l’espace.  Sans cet effet, nous gèlerions dès que le soleil se coucherait.  Mais trop de cet effet transformerait notre planète en une étuve invivable.  Actuellement, nous sommes plutôt alignés vers une augmentation radicale de la température induite par une augmentation de l’effet de serre.

Voilà pour la situation. Mais si ces gaz bloquent les radiations thermiques, ils ne les bloquent pas à toutes les fréquences. Il existe une fenêtre de transmission dans l’infrarouge, entre 8 et 13 microns, dans laquelle ces gaz sont transparents et par laquelle la radiation thermique peut s’échapper, à ces fréquences spécifiques.

On a observé ce phénomène depuis des siècles dans de nombreux pays lorsque l’eau gelait la nuit même si la température de l’air était bien au dessus du point de congélation. On a appelé ce phénomène le « refroidissement du ciel de nuit » (night-sky cooling).  On voit ainsi du givre apparaître sur les plantes et de la glace se former sur de minces étendues d’eau même s’il fait 4 ou 5°.  Mais le refroidissement par radiation est insuffisant le jour pour contrer l’apport calorique du soleil qui, lui, couvre presque toutes les autres fréquences. Aussi le phénomène demeure limité aux nuits de ciel dégagé.

Le problème

Actuellement, 17 % de la consommation d’énergie mondiale est utilisée pour le refroidissement et est responsable de 8 % des émissions de gaz à effet de serre (climatisation des habitations et des bureaux, chaîne de froid alimentaire, refroidissement des serveurs, etc…). Cette proportion s’accroît constamment, spécialement dans les pays en développement où les technologies de climatisation sont maintenant économiquement accessibles, accroissent la productivité et améliorent la qualité de vie.

Aaswath Raman, un chercheur de l’Université de Stanford, s’est demandé comment utiliser cette fenêtre de refroidissement pour améliorer les systèmes de climatisation. Le besoin d’amélioration lui est apparu évident car à mesure que l’atmosphère se réchauffe, l’utilisation de la climatisation s’impose et devient elle-même une source de réchauffement à la fois par la consommation d’énergie qu’elle demande et la chaleur qu’elle dégage.

La solution

Avec son équipe il a mis au point une surface réfléchissante qui transforme et ré-émet une forte proportion de la radiation thermique aux fréquences qui ne sont pas bloquées par les gaz à effet de serre, avec pour résultat que cette surface exposée au soleil devient entre 4 et 5° C plus froide que la température ambiante.

L’espace au dessus de l’atmosphère est à -270°C, c’est là que se diffuse le rayonnement thermique. Le revêtement est constitué de différentes couches d’oxydes de silicium et d’hafnium, d’argent, de titane et de silicium en épaisseurs déterminées, selon les connaissances issues de la recherche en nanophotonique. Le tout en un film d’une épaisseur totale de moins de deux microns 0,0018 mm), 50 fois plus mince qu’un cheveu !  La technologie est en voie d'être commercialisée vie l'entreprise SkyCool Systems.

Les utilisations sont nombreuses et ouvrent la porte à une véritable révolution énergétique, en priorité l’amélioration de la performance de la climatisation et des systèmes de refroidissement en général, mais aussi le refroidissement des panneaux solaires, le refroidissement passif des lieux et enfin la production d’énergie par l’écart de température entre l’espace et la terre.

Combien de programmes de formation et d’emplois en découleront ? À considérer tous ceux qui ont chaud, surement beaucoup !

Dans sa trilogie «Fondation», Isaac Asimov décrit le «Secteur de Kan», situé au pôle Sud de Trantor, la planète capitale de l’Empire. Ce secteur était dédié à l'évacuation de la chaleur produite par les 40 milliards d’habitants de la planète. Parions que nous ne nous rendrons pas à ce niveau de population, mais on peut être sur que l’évacuation de la chaleur que nous produisons constitue un défi intéressant pour notre civilisation.

Références

How we can turn the cold of outer space into a renewable resource - Aaswath Raman  - Conférence Ted 2018
https://www.ted.com/talks/aaswath_raman_how_we_can_turn_the_cold_of_outer_space_into_a_renewable_resource

Transcription de la conférence (en anglais)

SkyCool Systems - http://skycoolsystems.com/

Trantor - Wikipédia - https://fr.wikipedia.org/wiki/Trantor

The case for optimism on climate change - Al Gore - Ted 2016
https://www.ted.com/talks/al_gore_the_case_for_optimism_on_climate_change#t-1492168

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