Empa Quarterly - NOUVEAU MONDE DE L'AUTOMOBILE FOCUS
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Empa Quarterly
RECHERCHE & INNOVATION II #70 II JANVIER 2021
FOCUS
NOUVEAU MONDE
DE L’AUTOMOBILE
LES VOITURES APPRENNENT À VOIR
LES MAISONS ACCUMULENT L’ÉLECTRICITÉ
DES ROBOTS QUI TRICOTENT DES ROUTES
www.empaquarterly.ch
[ ÉDITORIAL ]
[ CONTENT ]
[ FOCUS: NOUVEAU MONDE DE L’AUTOMOBILE ]
LA VALEUR DE
LA CONTRADICTION
[ FOCUS ] [THÈMES ] Cher lecteur,
17 CONDUITE 08 BIOTECHNOLOGIE 30 TROISIÈME MONDE Partout où l’on regarde,
AUTONOME Mélanine: remède miracle Des réseaux électriques un constat se dessine:
Test oculaire pour pour la protection du bois sur mesure pour les nous avons oublié com-
voitures robots et plus villages du Kenya ment gérer les contradic-
tions. Au lieu de traiter les
20 GÉNIE CIVIL 12 DURABILITÉ contre-arguments objectivement, nous nous
Revêtement routier Énergies renouvelables – [ RUBITS ] empressons de jouer l’homme dans les dis
en gravier et ficelle Un jeu sans limites? cussions controversées. Cela fonctionne
04 LA PHOTO rarement bien, comme nous le montre un
22 CARBURANT 15 RECHERCHE SUR chaman viking du Capitole américain ...
Le méthane synthétique LES MATÉRIAUX 06 BRIÈVEMENT
à partir de l’énergie solaire Du bois modifié pour Un regard sur la science pourrait être utile
produire de l’électricité 34 EN ROUTE ici. La science se nourrit de contradictions.
24 ENTRAÎNEMENT Le philosophe Karl Popper y voyait même
ÉLECTRIQUE 28 HYGIÈNE la voie royale vers la connaissance. Tout
Les maisons accumulent Des filtres à eau contre peut être pensé, dit et affirmé. Mais toute
l’énergie solaire pour les germes idée, dès qu’elle a été mise au monde, doit
20 les voitures faire l’objet d’un examen critique. Si elle
peut être réfutée, elle est jetée par-dessus
bord et une nouvelle thèse est élaborée.
Il n’est donc guère surprenant qu’à un stade
précoce – lorsque l’état des connaissances est
[ COUVERCLE ] [ IMPRESSUM ] encore incertain – les différents scientifiques
Quelle est la visibilité
des voitures qui se ÉDITEUR: Empa privilégient des idées différentes. Le public
conduisent seules?
Le véhicule d’essai Überlandstrasse 129 perçoit souvent cela comme une «cacophonie»
de l’Empa est équipé
d’un scanner laser qui 8600 Dübendorf, Schweiz et un désaccord au sein de la communauté
produit des images
fixes à haute résolu- www.empa.ch scientifique. Pourtant, nous nous contentons
tion. Il a également
besoin de caméras et RÉDACTION: Empa Kommunikation de regarder les experts à l’œuvre et d’observer
de scanners de radar.
L’Empa veut savoir DIRECTION ARTISTIQUE: comment ils vérifient leurs propres idées et
17 22
avec quelle précision
les capteurs détectent
le monde. Page 17.
PAUL AND CAT.
www.paul-and-cat.com
celles des autres pour détecter les désaccords.
CONTACT: Tél. +41 58 765 47 33 Nous pourrions en prendre un exemple
empaquarterly@empa.ch dans le débat social. Cela suppose toutefois
www.empaquarterly.ch que nous soyons également prêts à remettre
Photos: iStockphoto, Sara Keller, Empa
PUBLICATION: en question nos propres convictions, et
publié quatre fois par an pas seulement celles de nos homologues.
Imprimé
myclimate.org/01-21-462265
Bonne lecture!
ISSN 2673-1746 Votre MICHAEL HAGMANN
Empa Quarterly (édition française)
28 30
2 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 3
[ LA PHOTO ]
PROTECTION BRILLANTE
Le vernis influence la vibration, la stabilité et la
teneur en humidité d’un violon. Les chercheurs
de l’Empa et du PSI ont maintenant pu utiliser les
techniques d’imagerie les plus récentes telles que
la tomographie à neutrons in situ pour obtenir des
informations sur la profondeur du bois de violon
verni. Sous le microscope à lumière UV, il est égale-
ment possible de voir comment le vernis recouvre la
structure en nid d’abeille du bois. Selon le type de
vernis, il pénètre dans les structures du bois à des
profondeurs variables. Cette photo montre un vernis
à gomme-laque en orange / vernis à l’huile en bleu.
Plus d´informations ici:
https://www.nature.com/articles/s41598-019-54991-5
Sarah Lämmlein/Scientific Reports
4 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 5
[ BRIÈVEMENT ]
NOUVELLE UNITÉ À LA MAISON DE RECHERCHÉ DE LA COLLE POUR
LES BLESSURES START-UP
Sebastian Loy
et Tino Matter
Le premier prix du «Prix de l’innovation Empa 2020» a été (à droite) ont
décerné à une nouvelle technologie d’adhésif pour tissus qui développé le
nouvel adhésif
promet une guérison plus rapide et plus sûre des plaies. Il a pour tissus et
INNOVANT été développé par des chercheurs du laboratoire Interactions ont fondé la
L’unité STEP2 de deux étages start-up Anavo.
particules-biologie de l’Empa en collaboration avec le labo-
sera construite sur la plate-
forme supérieure du bâtiment ratoire d’ingénierie des systèmes de nanoparticules de l’ETH
de la NEST. Zurich. Contrairement aux anciens adhésifs pour plaies, qui se
composent principalement de la fibrine, une protéine propre
au corps, la technologie est basée sur une combinaison de
nanoparticules inorganiques. Les particules adhésives se lient
particulièrement bien aux os ou aux tissus mous. La coagulation
accélérée améliore le traitement des plaies externes et internes.
www.empa.ch/web/s604/empa-innovation-award-2020
Un escalier en colimaçon en forme de dos issu de l’impression 3D, un plafond nervuré en filigrane qui nécessite environ
un tiers de matériau en moins et une enveloppe du bâtiment économe en énergie qui assure un confort optimal: une
nouvelle unité est en projet à la NEST. STEP2 – comme on l’appelle – combine des innovations dans les domaines de
l’économie circulaire, de la fabrication industrielle et numérique, de l’enveloppe du bâtiment et des systèmes énergé-
tiques. L’unité de deux étages sera construite sur la plateforme supérieure de NEST et devrait être achevée à l’été 2022.
www.empa.ch/web/nest/step2
DURABLE
La poutre en béton
DONNÉES ACTUELLES renforcée d’une
La nouvelle norme de communication lamelle d’acier
mobile 5G rend la transmission de
données beaucoup plus efficace. COMMENT LA 5G AFFECTE- supporte une charge
d’un peu plus de
T-ELLE LE CLIMAT ? 6 tonnes depuis 1970.
Des chercheurs de l’Empa et de l’Université de Zurich ont
été mandatés par l’association professionnelle swissclean-
tech et Swisscom pour étudier l’impact de la norme de
PAR TOUS LES MOYENS
Photos: James Yarema/Unsplash, ROK Architekten
communication mobile 5G sur les émissions de gaz à effet
de serre. L’étude montre que l’extension du réseau 5G peut
réduire considérablement les impacts environnementaux. Depuis 1970, l’Empa effectue un test unique en son genre pour étudier le comportement à long terme des armatures en
L’une des raisons en est une plus grande efficacité éner- acier collées sur une poutre en béton. Des enquêtes comme celle-ci ont contribué au fait que le renforcement par collage est
gétique. À cela s’ajoutent les économies réalisées grâce à maintenant une méthode de renforcement de pointe, et les ingénieurs ont confiance dans cette méthode de construction.
Photos: Empa, anavo
des réseaux électriques intelligents ou à une utilisation plus
www.empa.ch/web/s604/biegekriechversuch
ciblée des engrais et des pesticides dans l’agriculture.
www.empa.ch/web/s604/5g-netz
6 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 7
[ BIOTECHNOLOGIE ]
L’«OR NOIR» DES S
es propriétés sont étonnantes un procédé simple et très évolutif. «La
et ses applications sont en mélanine est extrêmement stable contre UN PIGMENT CONTRE
conséquence diverses: le pig- les influences environnementales et est LE STRESS ENVIRONNEMENTAL
CHAMPIGNONS
ment mélanine qui protège, intéressante non seulement comme La «mélanine» est un terme générique qui
par exemple, la peau humaine pigment, mais aussi bien au-delà, pour le désigne un grand groupe de substances
des rayons UV nocifs (et nous donne développement de matériaux composites colorantes. Le pigment mélanine donne
un bronzage d’été), est un véritable innovants», déclare Francis Schwarze, sa couleur à nos cheveux, nos yeux et
trésor pour de nouveaux matériaux et de chercheur à l’Empa, du département notre peau. On le trouve dans les plumes
nouvelles technologies. Bien que la subs- «Matériaux cellulosiques et bois». d’oiseaux, la laine de mouton et dans
tance miracle se trouve dans la nature, l’encre des calmars. De plus, les plantes,
Les chercheurs de l’Empa ont réussi à obtenir le pigment mélanine en grande quantité à partir le biopolymère complexe ne pouvait Dans leur recherche de procédés plus les champignons et même les bactéries
de champignons. Le gigantesque champignon Armillaria au service de la science est l’une auparavant être produit artificiellement à simples et moins chers pour la produc- possèdent la substance miracle. Sa tâche :
des plus grandes créatures du monde vivant. Les applications de l’«or noir» vont des produits l’échelle industrielle que par des procé- tion de mélanine naturelle en grande protéger l’organisme contre les stress
de préservation du bois à la construction d’instruments de musique et de filtres à eau. dés coûteux et complexes dans lesquels quantité, Schwarze et son équipe sont environnementaux. L’assombrissement de
toutes les propriétés ne pouvaient pas tombés sur un champignon qui se trouve la peau lors de l’exposition au soleil en est
Texte: Andrea Six être repro- en fait dans la forêt comme parasite un exemple. Les champignons, en revanche,
des plantes: Armillaria cepistipes. Son ont une capacité encore plus étonnante :
incroyable métabolisme lie les métaux grâce à la mélanine, ils peuvent même
lourds, fait briller le bois dans le noir utiliser la radioactivité pour générer de
et produit de la mélanine. Et à l’énergie dans leur propre métabolisme.
grande échelle. «Nous avons
sélectionné une lignée pro- des projets de développement de ma-
metteuse du champignon tériaux innovants. Il s’agit, par exemple,
Armillaria, qui, grâce à d’un système de purification de l’eau:
notre technologie, pro- comme la mélanine est capable de fixer
duit désormais environ les métaux lourds, elle peut être utilisée
1000 fois plus de mé- pour développer de nouveaux types
lanine que les autres de filtres à eau. «Nous avons intégré la
micro-organismes mélanine organique dans des polymères
avec lesquels on a artificiels comme le polyuréthane»,
déjà tenté de pro- explique Anh Tran-Ly, chercheuse à
duire des pigments», l’Empa. Au moyen de l’électrofilage, le
explique Francis Schwar- mélange de polymères a été filé en fibres
ze. L’astuce: la souche très fines pour former des membranes.
fongique sélectionnée vit L’équipe de l’Empa a découvert que
dans un liquide nutritif et libère les membranes composites à base de
la mélanine dans l’environnement. mélanine permettent d’éliminer jusqu’à
«Nous avons ainsi rendu possible une 94% du plomb des eaux polluées.
production durable, qui ne nécessite
duites. plus les longues étapes d’extraction NOIR COMME L’ÉBÈNE
Les procédés de comme les processus microbiologiques Dans la nature, les champignons utilisent
production de mélanine naturelle à partir antérieurs», explique le chercheur de la pigmentation de la mélanine pour se
DESTRUCTEUR
Semblable à une éponge, le porling aqua- de microorganismes ont jusqu’à présent l’Empa. Au bout de trois mois, 1 litre protéger des organismes concurrents
tique se développe à la surface du bois et également montré un faible rendement. de culture Armillaria avait déjà produit qui envahissent l’environnement. Grâce
attaque sa structure même en profondeur.
Il n’est donc pas surprenant que cette environ 20 grammes de mélanine. à une nouvelle technologie, la subs-
substance soit plusieurs fois plus chère tance colorante peut désormais être
que l’or. Les chercheurs de l’Empa ont La production facilitée et durable de utilisée pour protéger des communautés
Photo: Empa
maintenant «convaincu» les champi- la mélanine permet maintenant aux beaucoup plus importantes de l’in
gnons de produire «l’or noir» selon chercheurs de l’Empa de faire avancer fluence humaine: la mélanine peut être
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[ BIOTECHNOLOGIE ]
utilisée pour protéger les forêts tropicales Outre la Haute école spécialisée du sont devenus rares. Car à l’intérieur du
où pousse le précieux ébène. Le bois Nord-Ouest de la Suisse et le Musée serpent des noix, non seulement un son
d’ébène tropical est également consi- historique de Bâle, le partenaire du incomparable est créé, mais une guerre
déré comme particulièrement précieux projet est la société SBerger Serpents fait rage: la condensation de l’air exhalé
en raison de sa couleur foncée unique. aux Bois (JU), qui est responsable de la par les musiciens crée un microclimat
Un processus durable, qui transforme mise en œuvre pratique du projet de humide qui offre d’excellentes condi-
le bois d’épicéa indigène ordinaire en recherche. Le fondateur de la société, tions pour la croissance de toutes sortes
un produit visuellement aussi attrayant, Stephan Berger, est enthousiaste quant de parasites. Ainsi, des microbes et des
permet aux forêts tropicales vulnérables à la renaissance de cet instrument rare: champignons décomposent les instru-
de trouver un peu de soulagement. «Le Serpentino a été utilisé il y a plus ments séculaires et détruisent progressi-
LUMIÈRE VERTE AUSSI NOIR QUE
En haut: Le cham- «Lorsque le bois d’épicéa est placé dans de 400 ans et a été le parrain d’instru- vement les derniers spécimens originaux.
L’ÉBÈNE
pignon Hallimasch une suspension de mélanine, on peut ments modernes tels que le saxophone Tine Kalac, chercheur
pénètre dans le bois à l’Empa, met en
obtenir un bois sombre et profond dont et le tuba», explique-t-il. Bien que la Les fidèles répliques serpentines du
et le fait briller par valeur le bois d’épicéa
bioluminescence. la couleur est comparable à celle de maîtrise de l’instrument soit un défi projet de recherche doivent être dura- ordinaire avec de la
Au milieu: La mélanine l’ébène», explique Tine Kalac, chercheur ludique pour les musiciens, le son est blement protégées de ces dommages. mélanine.
se trouve également
dans l’encre de à l’Empa. Pour que la pigmentation incomparable, s’enthousiasme Berger. C’est là qu’intervient la mélanine des
calmar. noire pénètre mieux dans le bois, les «Le Serpentino produit des sons riches chercheurs de l’Empa: «Si nous pouvons
En bas: un réseau de
champignons Halli-
chercheurs ont utilisé une autre astuce en harmoniques et très touchants.» À utiliser une imprégnation de protec-
masch est protégé par de leur champignonnière: Physispori- l’origine, l’instrument à vent était utilisé tion du bois à base de mélanine, nous
la mélanine et peut nus vitreus, qui provoque la pourriture dans les églises pour soutenir le chant, pouvons sauver de la pourriture les
s’étendre sur plusieurs
kilomètres carrés. blanche, est également un parasite du car il couvre les registres de son de la serpentins nouvellement construits», dit
bois. Elle pousse comme une éponge sur voix humaine et peut donc «soutenir» Stephan Berger. D’autres instruments
les arbres et décompose la lignine qui les un chœur, explique le luthier passionné. à vent en bois construits aujourd’hui
soutient dans le bois. Grâce à un procé- avec des bois locaux moins résistants
dé spécialement développé à l’Empa, le Bien qu’aujourd’hui, une tendance à la pourraient également bénéficier d’un
bois est traité avec le champignon de la pratique de performances historique- tel revêtement protecteur. La collabo-
pourriture blanche juste assez longtemps ment informées signifie que le Serpen- ration avec l’équipe de l’Empa pour la
pour que la suspension de mélanine pé- tino est très demandé, Stephan Berger construction d’instruments est donc
nètre profondément dans les structures n’est pas en mesure de fournir des passionnante à plus d’un titre. ■
du bois, mais que le bois reste stable. instruments à ses clients: les instruments
originaux particulièrement courbés Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s302
SERPENTINO – LE PETIT SERPENT
PARMI LES INSTRUMENTS
Comme le champignon Armillaria utilise CHAMPIGNON GÉANT et sources de nourriture. Ces rhizomorphes STEPHAN BERGER
Le Serpentino: une
SCHWARZ WIE la mélanine comme arme contre ses Armillaria est une des créatures les plus peuvent également pénétrer les racines forme particulière avec
EBENHOLZ congénères, il semble évident d’utiliser étonnantes sur terre. Il peut pousser sur des arbres en tant que parasites, monter un son touchant.
Empa-Forscher
Tine Kalac wertet cette propriété pour protéger le bois le sol de la forêt en forme de champignon sur le tronc et décomposer leur hôte de
gewöhnliches contre les champignons nuisibles. Afin classique, seulement décoré d’une bande l’intérieur. Avec une superficie de plusieurs
Fichtenholz mit
de développer un produit de protection décorative autour du style, comme un brace- kilomètres carrés, la plus grande créature
Melanin auf.
du bois à base de mélanine, les cher- let, ce qui lui donne le nom latin Armillaria. vivante du monde, un filet à Armillaria vieux
cheurs de l’Empa participent à un projet de 2400 ans, se développe dans l’État améri-
de recherche interdisciplinaire récem- Beaucoup plus impressionnant, cependant, cain de l’Oregon. En Suisse, le plus grand
ment lancé et soutenu par Innosuisse, est son filet de fils noirs, qu’il tire sur le champignon d’Europe se trouve à nouveau
l’agence suisse pour la promotion de bois et le sol. Les fils de champignons se au col d’Ofen. Cet Armillaria couvre une
Photos: Empa, Xavier Voirol
l’innovation. Ils veulent reconstruire un réunissent pour former d’épais faisceaux de superficie de 50 terrains de football. Il doit
Photos: Empa, unsprash
instrument à vent historique, le Ser- plusieurs mètres de long, entourés d’une son âge d’environ 1000 ans au pigment
pentino (petit serpent en français). couche protectrice noire contenant de la mé- mélanine, qui protège les fils fongiques noirs
lanine, et recherchent de nouveaux habitats des dommages causés par l’environnement.
10 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 11
[ DURABILITÉ ]
L’ÉCO-ÉNERGIE SANS LIMITES?
L
Même une économie a Terre a ses limites, car nous sommes de plus en plus conscients LES PARCS SOLAIRES MODIFIENT ÉGALEMENT LE CLIMAT
circulaire durable de la crise climatique, de l’extinction croissante des espèces et de Comme l’humanité détourne une portions des flux d’énergie renouvelable de
ne fonctionne pas la pollution des océans (et même de l’espace) en raison de l’activité plus en plus grande vers ses activités, les portions disponibles pour le système
sans énergie. Les humaine. Comme réponse possible à cela, les gouvernements terrestre sont réduites. Le système terrestre peut compenser ces perturba-
panneaux solaires et les institutions du monde entier propagent le concept tions dans une certaine mesure. Toutefois, s’ils sont trop importants,
et les parcs éo- d’économie circulaire. En fermant les cycles des matières, il faut le risque de dépasser les «points de basculement» augmente. Cela
liens, les centrales éviter les impacts environnementaux liés à l’extraction des entraînerait des changements rapides et irréversibles dans le
marémotrices et matières premières et résoudre le problème des dé- système terrestre, comme la fonte des calottes glaciaires po-
«L’énergie éo
géothermiques: tous chets. En termes de société durable, cependant, cette laires, qui à son tour accélérerait le changement climatique.
transforment l’éner- approche ne suffit pas à elle seule, car elle laisse Afin de ne pas dépasser ces points de basculement, la
lienne, l’énergie
gie des flux d’éner- ouverte la question de savoir en quelle quantité taille de la surface terrestre utilisée ne doit pas dé- hydroélectrique
gie qui étaient restés et à quelle vitesse les matériaux sont recyclés et passer la limite de charge planétaire. Cependant, la et la production
inexploités depuis quelle énergie est utilisée pour faire fonctionner manière dont la terre est utilisée est également cru- de biomasse
des temps immémo- ces cycles. Car dans une société véritablement ciale: Les centrales solaires remplaçant les forêts, sont toutes ali
riaux. La question durable, non seulement les flux de matières par exemple, perturbent la biodiversité, l’évapo- mentées par le
est donc la suivante: mais aussi les flux d’énergie doivent rester ration et donc le cycle de l’eau, la réémission de
soleil – mais il y
quelle proportion de dans les limites fixées par notre planète. la chaleur dans l’espace et bien plus encore.
ces flux énergétiques Les mêmes limites supérieures qui s’appliquent
a des pertes dans
l’humanité peut-elle L’ÉNERGIE POUR «FAIRE TOURNER» LA TERRE à l’utilisation du soleil s’appliquent également le processus de
utiliser à ses propres Une question centrale se pose donc: y à la récolte de l’énergie dite chimique – transformation
fins sans endom- a-t-il suffisamment d’énergie renouve- c’est-à-dire à l’agriculture et à la sylviculture, d’énergie. Il est
mager le système lable disponible au niveau mondial pour qui produisent des aliments pour animaux préférable de ré
énergétique de la façonner durablement les flux de matières et des denrées alimentaires, du matériel de colter l’énergie
Terre? Les chercheurs dans notre société sans «faire sauter» les chauffage, des combustibles et des maté-
directement
de l’Empa ont mis au frontières planétaires? Cette question est riaux de construction. La production d’énergie
point une méthode avec le photo
étudiée par une équipe de l’Empa dirigée technique est en concurrence avec la produc-
pour l’estimer. par Harald Desing du département «Techno- tion alimentaire dans de nombreux domaines.
voltaïque.»
logie et société». Si l’on considère la planète
Texte: Harald Desing Terre comme un système, elle ne fait qu’échanger L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE COMME «MONNAIE UNIVERSELLE»
de l’énergie avec son environnement. La majeure Afin de pouvoir comparer ou additionner les différents
partie de l’énergie apportée dans le système est de potentiels d’énergies renouvelables, les chercheurs de
loin le rayonnement solaire, complétée par de petites l’Empa les ont convertis en équivalents d’énergie électrique.
quantités d’énergie cinétique planétaire et d’énergie géo- À cette fin, les calculs utilisent les rendements des technolo-
thermique. Ces flux d’énergie ont toujours été entièrement gies actuellement disponibles dans les centrales électriques. Que
utilisés par la Terre elle-même. Les activités de ses nombreux l’électricité soit produite à partir de l’énergie solaire, du bois ou de l’hy-
sous-systèmes, tels que les océans, l’atmosphère et les forêts, ainsi que droélectricité, cela fait une différence. Ces pertes de conversion réduisent
les calottes glaciaires réfléchissantes, ont pour ainsi dire été maintenus. encore une fois considérablement la récolte possible de certains potentiels.
La plupart de ces sous-systèmes convertissent l’énergie entrante en d’autres Le résultat de l’étude est surprenant: 99,96% de l’énergie arrivant
flux d’énergie renouvelable, par exemple des flux de vent et d’eau ou la pro- sur Terre depuis l’espace est nécessaire pour alimenter le système ter-
IL FERA CHAUD
duction de biomasse. Dans ce processus, l’énergie libre, appelée exergie, est La NASA utilise cette image pour restre et la production alimentaire, donc seulement 0,04% peut être
extraite des flux d’énergie entrants. Quelle que soit la façon dont elle est uti- illustrer les émissions mondiales utilisé techniquement. Néanmoins, ce potentiel est encore environ
Photo: NASA
de méthane. Le méthane est le
lisée, que ce soit dans le système naturel de la Terre ou dans la technosphère deuxième gaz à effet de serre le
dix fois supérieur à la demande énergétique mondiale actuelle.
créée par les humains, toute l’énergie est finalement renvoyée dans l’espace. plus important, après le CO2. Le résultat de l’étude des pertes de conversion n’est pas surprenant: nous de-
▲
12 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 13
[ DURABILITÉ ] [ RECHERCHE SUR LES MATÉRIAUX ]
L’ÉLECTRICITÉ
vrions préférer récolter et utiliser bâtiments, mais aussi les routes, les du potentiel énergétique disponible. La
l’énergie disponible au moyen de cellules chemins de fer et les parkings. Cette quantité réelle d’énergie disponible sera
solaires. Après tout, presque toutes les surface serait suffisante pour alimenter plus faible: les facteurs limitants sont,
ressources énergétiques renouvelables – une société mondiale de 2000 watts. par exemple, la disponibilité des matières
DU PARQUET
y compris l’énergie éolienne, l’énergie premières, mais aussi des capitaux finan-
hydraulique et la production de bio- LES RÉGIONS DÉSERTIQUES ciers et de la main-d’œuvre, les impacts
masse – sont en fin de compte alimen- COMME RÉSERVE environnementaux de l’extraction des
tées par le soleil. L’utilisation directe de Toutefois, si la demande mondiale matières premières ou de la production,
l’énergie solaire signifie moins d’étapes d’énergie devait être portée au niveau de de l’exploitation et de l’élimination
de conversion et donc moins de pertes. la demande suisse actuelle par habitant, des installations, et la nécessité d’in-
il faudrait également utiliser les zones frastructures supplémentaires pour la
Des chercheurs de l’Empa PLEINE ÉNERGIE
Le bois modifié peut
LE PHOTOVOLTAÏQUE SUR TOUTES désertiques. Tous les autres potentiels distribution et le stockage de l’énergie.
et de l’ETH Zurich ont rendu produire de l’électri-
LES SURFACES VIDES énergétiques (par exemple, l’énergie L’équipe de recherche étudie actuel-
le bois souple et l’ont trans- cité en se déformant.
formé en microgénérateur. Un tango est-il
Une grande partie de l’énergie solaire éolienne ou la biomasse) sont des ordres lement la question de savoir à quoi suffisant pour une
pourrait être récoltée dans une pe- de grandeur inférieurs à l’utilisation pourrait ressembler un tel passage d’une
Lorsqu’elle est sollicitée, une lumière tamisée?
tite partie des zones désertiques de la directe de l’énergie solaire – et ils sont société basée sur l’énergie fossile à
tension électrique est géné-
planète, mais cela est techniquement et déjà en partie surutilisés. Néanmoins, une société basée sur l’énergie solaire.
rée. Ainsi, le bois peut servir
logistiquement complexe. L’équipe de ils peuvent jouer un rôle important au Le système d’énergie solaire doit non
de biocapteur – ou générer
recherche du département «Technolo- niveau local, notamment parce qu’ils seulement être suffisamment important
de l’énergie utilisable.
gie et société» considère donc l’énergie peuvent réduire le besoin de capacités pour répondre à la demande mondiale,
Texte: Stefanie Zeller
solaire récoltée sur les zones déser- de stockage – un problème qui n’a pas mais il doit également être capable de
tiques comme une réserve énergétique été pris en compte dans cette étude. remplacer le système de combustible fos-
mondiale au cas où toutes les autres Suffit-il donc de construire des masses sile assez rapidement pour éviter à temps
possibilités de récolte seraient épuisées. de centrales solaires pour résoudre le la catastrophe climatique. ■
En conséquence, nous devrions com- problème de l’énergie? Bien sûr, ce
mencer à utiliser toutes les surfaces n’est pas aussi simple. Dans son étude,
déjà condamnées dans le monde entier, l’équipe de l’Empa ne s’est penchée que
par exemple les toits et les façades des sur la première étape, à savoir le calcul Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s506
L´EMPA MONTRE LA VOIE
Récolter l’énergie solaire sur tous
L
les toits et toutes les façades – c’est
possible. L’unité NEST Solace n’a pas
de toit. Elle ne récolte l’électricité e groupe de recherche dirigé produire de l’électricité à partir d’un le zirconate-titanate de plomb (PZT),
et la chaleur qu’à travers sa façade par Ingo Burgert a souvent type d’éponge en bois en utilisant un qui ne convient pas à l’utilisation sur
turquoise.
prouvé que le bois peut être procédé simple. C’est là que l’effet la peau en raison du plomb. Cela rend
utilisé comme bien plus qu’un dit piézoélectrique entre en jeu. également plus difficile l’élimination
simple matériau de construc- écologique des matériaux comme le
tion. Ses travaux de recherche portent LA CONTRAINTE DUE À LA DÉFORMATION PZT. Pouvoir utiliser l’effet piézoélec-
généralement sur l’extension des La piézoélectricité signifie qu’une ten- trique naturel du bois offre donc cer-
propriétés existantes du bois afin qu’il sion électrique est créée par la déforma- tains avantages. Si l’on y réfléchit bien,
puisse être utilisé dans des domaines tion élastique des solides. Ce phéno- cet effet pourrait également être utilisé
d’application totalement nouveaux. mène est principalement exploité par pour la production d’énergie durable.
Par exemple, un bois à haute résistance, la métrologie, qui utilise des capteurs Mais avant tout, il faut donner au bois
Photos: Roman Keller, iStockphoto
hydrofuge et magnétisable a déjà qui génèrent un signal de charge, par les propriétés appropriées. En effet, le
été mis au point. Dans un document exemple lorsqu’ils sont soumis à une bois n’est pas assez flexible sans traite-
de recherche récemment publié, son contrainte mécanique. Cependant, ces ment spécial; lorsqu’il est soumis à une
équipe, en collaboration avec le groupe capteurs utilisent souvent des matériaux contrainte mécanique, il ne crée donc
de recherche de Francis Schwarze, qui ne conviennent pas à l’utilisation qu’une très faible tension électrique
montre maintenant comment on peut dans le domaine biomédical, comme dans le processus de déformation.
14 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 15
[ RECHERCHE SUR LES MATÉRIAUX ] [ FOCUS: NOUVEAU MONDE DE L´AUTOMOBILE ]
DU BLOC À L’ÉPONGE l’environnement: «Nous tirons parti de exemple, que 30 de ces blocs de bois,
Jianguo Sun, doctorant dans l’équipe la structure hiérarchique du bois sans lorsqu’ils sont chargés parallèlement
d’Ingo Burgert, a appliqué un processus le dissoudre au préalable, comme c’est au poids d’un adulte, peuvent éclairer
qui constitue la base de divers dévelop- le cas dans la production de papier, et même un simple écran LCD. Il serait
pements ultérieurs du bois: la délignifi- sans avoir ensuite à réintégrer les fibres». donc concevable d’avoir un parquet
cation. Les parois cellulaires du bois sont L’éponge de bois blanc qui en résulte qui convertit l’énergie de la marche en
constituées de trois substances de base: est constituée de fines couches de électricité. Les chercheurs ont testé son
lignine, hémicelluloses et cellulose. «La cellulose super-posées qui peuvent être aptitude en tant que capteur sensible
lignine est ce dont un arbre a besoin facilement pressées ensemble et ensuite à la pression sur la peau humaine et
en premier lieu pour pouvoir pousser s’étendre à nouveau pour retrouver leur ont prouvé qu’il pouvait également
en hauteur. Cela ne serait pas possible forme originale – le bois est devenu être utilisé dans le domaine médical.
sans la lignine, une substance stabili- pratiquement élastiquement déformable.
sante qui relie les cellules et empêche Cependant, il reste encore b eaucoup
les fibrilles rigides de la cellulose de se L’ÉLECTRICITÉ DU PLANCHER EN BOIS de chemin à parcourir avant que le
déformer», explique Ingo Burgert. Afin Le groupe de recherche a soumis le bois «piézo» puisse être utilisé comme
de transformer le bois en un matériau cube d’essai avec un côté long d’environ capteur ou même comme parquet
facilement déformable, la lignine doit 1,5 cm à environ 600 cycles de charge. générateur d’électricité. Mais les TEST DRIVE
être au moins partiellement «extraite». Le matériau a fait preuve d’une stabi- avantages d’un tel système piézo La Lexus équipée
d’un radar et
Pour ce faire, on place le bois dans un lité étonnante. À chaque charge, les électrique simple mais renouvelable et d’un laser fait sa
mélange de peroxyde d’hydrogène et chercheurs ont mesuré une tension biodégradable sont évidents – et sont ronde sur le cam-
pus de l’Empa.
d’acide acétique. La lignine est dis- d’environ 0,63 V – une tension qui actuellement étudiés par Ingo Burgert Dejan Milojevic
soute dans ce bain d’acide, laissant une serait utile pour une application en tant et ses collègues dans le cadre (à gauche) et
structure de couches de cellulose. Dans que capteur. Dans le cadre d’autres d’autres projets de recherche. Miriam Elser
■
conçoivent les
ce processus, l’équipe de Ingo Burgert expériences, l’équipe a tenté de sonder tests de conduite.
a voulu travailler avec des procédés l’éventuelle extensibilité de ce nano-
relativement simples et respectueux de générateur. Ils ont pu montrer, par Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s302
TEST OCULAIRE
NANOGÉNÉRATEUR
Après que la structure
POUR LES VOITURES
AUTONOMES
rigide du bois (en haut)
ait été dissoute par
un acide, il reste des
couches de cellulose
souples (en bas).
Lorsqu’elles sont
pressées les unes contre
les autres, les zones
différemment chargées Les voitures qui naviguent de manière autonome de A à B devraient être banalisées dans quelques
sont déplacées les unes années. Mais la route vers l’homologation est encore longue. Un aspect important: comment
contre les autres. La
surface du matériau se
pouvons-nous dire si une voiture à moteur est devenue «aveugle» avec l’âge, c’est-à-dire si les
charge électriquement. capteurs doivent être remplacés? Une chercheuse de l’Empa et son équipe cherchent une solution.
Texte: Rainer Klose
Photo: Empa
Photo: Empa
16 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 17
[ FOCUS: NOUVEAU MONDE DE L´AUTOMOBILE ] [ CONDUITE AUTONOME ]
L
a Lexus RX-450h, longue de riques à la fin du mois d’octobre 2020. professionnels doivent répéter ce test cules à conduite autonome sur la voie
5 mètres, mène une vie plutôt Certains bêta-testeurs du logiciel de régulièrement. Nous voulons développer publique. Mais comment juger quand
PROFIL TECHNIQUE DU VÉHICULE D’ESSAI LEXUS RX-450H
paisible à l’Empa. Elle n’est Tesla ont reçu une version prélivrée un test visuel pour les véhicules auto- cela devient dangereux? Où les capteurs
pas autorisée à faire de longs qui permet à la voiture de naviguer nomes afin qu’ils soient fiables même échouent-ils et où commettent-ils des
trajets. Au lieu de cela, le de manière autonome dans les zones lorsqu’ils ont plusieurs années et des mil- • Groupe motopropulseur hybride erreurs si graves que le test doit être
SUV fait consciencieusement sa ronde résidentielles. Un youtuber nommé liers de kilomètres au compteur.» Le sujet • Moteur à essence V6 de 3,5 litres 183 kW/249 ch interrompu ou modifié? Même pour le
sur une piste spéciale de 180 mètres TeslaRaj ponctue sa vidéo enthou- a été traité jusqu’à présent de manière • Deux moteurs électriques de 123 kW et 50 kW suivi de ces essais sur le terrain, il est né-
de long dans une cour séparée du siaste de musique de violon et montre assez magistrale: parmi plus de 1000 • Accélération (0–100 km/h): 7,8 s cessaire de pouvoir évaluer rapidement
campus de l’Empa. Le paysage n’est comment sa voiture s’arrête aux feux documents de recherche publics sur la • Vitesse maximale: 200 km/h et précisément la «vue et le jugement»
pas particulièrement spectaculaire: la rouges, respecte strictement les limites conduite autonome publiés au cours • Kit de conversion en véhicule autonome de autonomoustuff.com de la conduite autonome des voitures.
caméra Mobileye derrière le pare-brise de vitesse et manœuvre de manière des cinq dernières années, seule une L’accélérateur, le frein, la direction, la boîte de vitesses, le klaxon, les clignotants
voit des marques de voie fraîchement autonome autour des voitures garées. vingtaine traite de la qualité des données et les feux de route peuvent être commandés à distance Le projet fait partie d’une initiative de
peintes sur du béton décrépit; le lidar des capteurs. Le traitement des données • Kit de démarrage pour véhicule autotracté de autonomoustuff.com numérisation du Centre suisse de com-
Velodyne balaie la façade de la fenêtre UN NOUVEAU TERRAIN POUR L’EMPA se fait littéralement dans une «boîte • Ordinateur de pilotage «AStuff Nebula», lidar Velodyne, caméra Mobileye, pétence pour la recherche énergétique
du même bâtiment de laboratoire à Si les Californiens sont déjà si avancés, noire». Le savoir-faire vaut beaucoup Radar Delphi Aptiv ESR et système d’exploitation du robot (ROS). dans le domaine de la mobilité (CSRE
chaque tour; et le radar Delphi derrière quel sens cela a-t-il de se promener dans d’argent et est soigneusement gardé Mobilité), cofinancée par Innosuisse,
la calandre de la Lexus mesure régu- une arrière-cour de Dübendorf? Miriam par Google, Apple, Tesla, Cruise LLC et l’Office fédéral des routes (OFROU) et
lièrement la distance qui le sépare des Elser peut vous l’expliquer. Elle travaille les autres grands constructeurs qui font des partenaires commerciaux. Tandis que
cinq poubelles en fer blanc installées dans le laboratoire des systèmes de des recherches sur les véhicules auto- l’Empa étudie les capteurs disponibles
à gauche et à droite du parcours. propulsion des véhicules de l’Empa et nomes. Ils ne baissent pas leur garde. dans le commerce et utilisés dans la
est responsable du projet Lexus. Avec ce pratique, l’Institut fédéral de métrologie
AU MÊME MOMENT, EN CALIFORNIE ... projet, l’Empa innove: jusqu’à présent, L’AIGUILLE DANS LA BOTTE DE FOIN (METAS) analyse les mêmes capteurs en
À des milliers de kilomètres à l’ouest, elle travaillait sur les groupes motopro- La qualité des capteurs joue un rôle laboratoire. La prochaine génération de
sur la côte Pacifique des États-Unis, les pulseurs, les carburants renouvelables important dans l’homologation éven- capteurs pour véhicules fait également
choses semblent un peu plus drama- et l’épuration des gaz d’échappement tuelle des voitures à conduite autonome déjà l’objet de recherches. Cette partie
tiques. «Wow, je ne pensais pas que la pour les transports publics. La sécurité du projet est réalisée par l’Institut des
voiture pouvait faire ça», dit Sam Altman. de fonctionnement de ces voitures relève systèmes dynamiques et de la tech-
Il est le directeur général d’OpenAI, une «Nous étudions de la compétence de l’Office fédéral des nique de commande de l’ETH Zurich.
société d’intelligence artificielle dans comment ces capteurs routes (OFROU), qui soutient financière-
QUE VOIT UNE VOITURE?
Balayage laser de la piste
laquelle Elon Musk et Microsoft sont im- fonctionnent dans ment les travaux de recherche. L’OFROU d’essai de l’Empa. A gauche LA PRÉVENTION DES ACCIDENTS
le bâtiment du laboratoire,
pliqués. Altman regarde une vidéo avec la neige et la pluie, veut pouvoir évaluer la fonctionnalité
à droite les arbres, devant la
Il ne reste pas beaucoup de temps pour
Kyle Vogt. Kyle Vogt est directeur tech- quelles données des systèmes autonomes à intervalles voiture un piéton. développer des méthodes d’évaluation
nique et cofondateur de Cruise LLC, qui réguliers – et indépendamment des fa- Ci-dessous: La Lexus a de base pour les voitures à conduite
ils collectent et quelles été transformée par une
fait maintenant partie de General Motors. bricants. Les experts de l’autorité veulent autonome. La concurrence autour des
La vidéo est également disponible sur
erreurs ils font.» également permettre de mener une sorte
entreprise spécialisée et peut
voitures particulières est énorme, et l’in-
également être contrôlée
YouTube et montre comment un véhicule d’«audition de témoins» si une voiture depuis le siège arrière avec dustrie automobile pourrait bientôt équi-
une manette de jeu. Les
d’essai de Cruise traverse San Francisco à conduite autonome a été impliquée écrans montrent la vision du per ses véhicules à cette fin. La question
pendant 75 minutes et maîtrise toutes ainsi que sur l’exploitation des véhicules. dans un accident. Le problème ici est véhicule. de savoir si les voitures qui se conduisent
les situations de conduite en ville avec Maintenant, pour la première fois, elle que les capteurs collectent d’énormes seules peuvent éviter les accidents et la
très peu d’intervention des programma- s’intéresse aux voitures qui se conduisent quantités de données par seconde. circulation fait l’objet de nombreuses re-
teurs. Il dépasse les camions à ordures de manière autonome. «Nous étudions L’analyse de ce flot de données brutes cherches. De bons cadres réglementaires
immobiles même lorsque le trafic en sens comment ces capteurs fonctionnent serait déraisonnable pour les enquêteurs sont essentiels. Mais la tendance des lo-
inverse est déjà en vue, et peut tourner à dans différentes conditions environne- sur les accidents. La loi devra donc, à un giciels automobiles à soutenir de plus en
gauche de manière indépendante aux pe- mentales, quelles données ils collectent moment donné, préciser quelles données plus la conduite est irréversible. ■
tits carrefours même lorsque les piétons et quand ils font des erreurs ou même doivent être stockées dans la voiture et
veulent traverser la voie en même temps. échouent», explique la chercheuse. «Tout rendues accessibles pour les enquêtes.
conducteur humain doit passer un exa-
Photos: Empa
La communauté des fans de Tesla a men de la vue avant de pouvoir obtenir De plus, l’OFROU se prépare à approuver
Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s504
également publié des vidéos eupho- un permis de conduire. Les conducteurs des essais sur le terrain avec des véhi- YouTube-Video: https://youtu.be/SHwQyKMxHpY
18 I EMPA QUARTERLY II JANVIER 2021 II # 70 # 70 II JANVIER 2021 II EMPA QUARTERLY I 19[ FOCUS: NOUVEAU MONDE DE L´AUTOMOBILE ] [ GÉNIE CIVIL ]
REVÊTEMENT ROUTIER U
n bras de robot pose extrait du pétrole brut, et des polluants Parallèlement à leurs tests en laboratoire,
une corde en forme de atmosphériques sont libérés pendant la les chercheurs modélisent tout en 3D sur
mandala sur un lit de production et aussi plus tard pendant ordinateur à l’aide de la «méthode des
gravier. Ce qui semble être l’utilisation. Le bitume rend également éléments discrets» (DEM). Cela devrait
AVEC MOTIF TRICOTÉ
une performance d’art l’asphalte susceptible de se fissurer et de révéler le déplacement des pierres indivi-
contemporain est une recherche fonda- se déformer et, en plus, duelles et les forces de traction agissant
mentale qui explore de nouvelles façons il est imperméable à l’eau de pluie – sur le fil – ce qui ne peut être étudié en
de construire des routes. D’une part, ceci pourrait également être surmon- laboratoire. En outre, les différents mo-
on teste des techniques de construc- té dans le futur. Pour les chercheurs, tifs et largeurs de mailles et leurs effets
tion robotisée pour la construction de il est également envisageable d’uti- sur la stabilité de la chaussée seront
routes qui, jusqu’à présent, n’ont été liser des roches qui, autrement, ne également examinés plus en détail.
utilisées que pour la construction de conviennent pas à la construction de
Les scientifiques de l’Empa étudient comment des moyens simples peuvent bâtiments. D’autre part, un nouveau routes, mais qui sont moins rares. Les recherches de Martin Arraigada
être utilisés pour renforcer les revêtements routiers et les recycler après type de renforcement mécanique est et Saeed Abbasion n’ont pas encore
usage. Leurs outils sont un robot et quelques mètres de ficelle. destiné à modifier la structure typique UNE FICELLE ET DU GRAVIER MEUBLE abouti à un produit qui pourrait être
du revêtement routier et à contribuer Les deux chercheurs de l’Empa utilisent utilisé dans la construction de routes.
Texte: Stefanie Zeller ainsi à économiser des ressources pré- différentes methodes pour tester des Toutefois, leur travail fondamental
cieuses à l’avenir ou même à recycler solutions pour les aspects mentionnés offre un grand potentiel d’innovation
complètement les revêtements routiers. ci-dessus. Le bras du robot joue un rôle pour nous rapprocher d’un revêtement
décisif. Il place la ficelle liante selon un routier qui peut être recyclé et peut-être
IDÉE DE RECHERCHE ISSUE motif programmé spécifique sur les déroulé par des moyens simples. ■
L’idée est née d’un projet de Gramazio couches de gravier empilées les unes sur
Kohler Research Lab de l’EPF Zurich. Ici, les autres. Pour les essais mécaniques,
le projet a en fait été présenté comme cinq de ces couches de ballast et de
un projet d’art et de recherche. Les motifs de fil sont placées les unes sur Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s308
structures empilées uniquement à partir les autres dans une boîte d’essai, le
de ficelle liante et de ballast ont prouvé fond de la boîte étant recouvert d’un
à l’époque qu’une stabilité énorme ne tapis en caout-chouc qui fixe l’ensemble
peut être obtenue qu’en emboîtant et au sol. Il simule le lit déformable sur
en étayant le ballast avec un fil tressé – lequel est appliquée la surface de la
et cela complètement sans ciment! Des route. Le fait que la ficelle soit exac-
tests en laboratoire ont montré que des tement la même que celle utilisée par
stèles de ballast d’une hauteur de 80 cm chaque citoyen suisse pour ficeler
et d’un diamètre de 33 cm pouvaient le papier montre que les chercheurs OPTIMISÉ
CONNECTÉ Le bras du robot
Le «Rock Print résister à une pression de 200 kN, ce qui de l’Empa innovent ici sur un terrain
crée le «modèle
Pavillon» à correspond à une charge de 20 tonnes. complète-ment nouveau (et rentable). de tricot». Les
Winterthour a Photos: Empa, Gramazio Kohler Research / ETH Zurich / Martin Rusenov chercheurs de
montré comment l’Empa étudient
on peut créer L’asphalte est également constitué de MODÉLISATION NUMÉRIQUE différents
une construction roches de différentes tailles et du bitume Une masse composée de fil de liage modèles dans
stable faite de le cadre de
pierres détachées liant. C’est ainsi que les chercheurs de de ballast est ensuite chargée avec une
différentes séries
et de ficelle. Tout l’Empa Martin Arraigada et Saeed Abba- plaque rotative et avec de la pression. de tests.
a été créé par
sion du département «Béton et Asphalte» Ce test de charge le montre: En enche-
la «main» d’un
robot. ont transposé ce concept à la construc- vêtrant les pierres individuelles avec le fil,
tion routière: «Nous voulons savoir com- le paquet peut supporter une pression
ment on pourrait produire à l’avenir un de 5 kN – une demi-tonne – sans que les
revêtement recyclable», explique Martin pierres ne bougent beaucoup. Norma-
Arraigada. Un revêtement routier renfor- lement, c’est le bitume liant qui prend
cé par des cordes et sans bitume promet en charge cette tâche dans l’asphalte.
de nombreux avantages. Le bitume est
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