Technologie : propulser l'avenir de l'énergie

May 19, 2023

Au plus profond du noyau du soleil, deux protons d'atomes d'hydrogène entrent en collision violemment. Sous une immense pression, ils fusionnent et libèrent de grandes quantités d'énergie dans un processus connu sous le nom de fusion nucléaire. Voyageant à la vitesse de la lumière, une partie de cette énergie solaire atteint la Terre, où elle alimente notre planète. Des bouilloires aux voitures, presque toute l'énergie dont nous dépendons provient du soleil : les combustibles fossiles étaient autrefois des plantes dynamisées par la photosynthèse ; les panneaux solaires absorbent la lumière du soleil et la convertissent en électricité ; même les parcs éoliens et les centrales hydroélectriques comptent sur l'énergie du soleil pour réchauffer la terre et la mer afin de créer les rivières éoliennes et pluviales qui font tourner leurs turbines. Pour alimenter nos vies de plus en plus électrifiées, il existe une abondance de sources d'énergie propres et renouvelables sur lesquelles nous pouvons puiser. Et la technologie est à la pointe pour exploiter plus efficacement cette énergie renouvelable.

Les panneaux solaires sont l'une des énergies renouvelables les plus répandues, générant déjà plus de 3,5 % de l'électricité mondiale. Mais il y a place à l'amélioration : capturer une seule heure de la lumière du soleil mondiale alimenterait la planète pendant un an. Non seulement davantage de panneaux solaires sont installés, mais la technologie trouve également des moyens de les rendre plus efficaces. Placer des lentilles hexagonales dans le revêtement de verre protecteur d'un panneau, par exemple, peut concentrer la lumière entrante pour atteindre un taux d'efficacité d'environ 30 %, par rapport à une norme industrielle de 15 à 22 %. L'ajout de fines couches de silicium des deux côtés d'une cellule solaire augmente son efficacité à environ 25 %.

Cependant, avec le silicium, l'un des composants les plus énergivores des panneaux solaires traditionnels, la science a développé une alternative utilisant des cristaux de pérovskite. Ceux-ci peuvent être rendus à la fois transparents et flexibles, offrant la possibilité de matériaux de construction photovoltaïques tels que des fenêtres et des tuiles, et même des tissus portables. Une autre grande avancée a été la technologie PERC (Passivated Emitter Rear Cell), qui réfléchit la lumière non absorbée dans la cellule solaire pour une seconde chance de conversion en électricité. Le PERC permet également aux panneaux solaires d'être bifaciaux, capturant la lumière du soleil des deux côtés grâce à la technologie de suivi du soleil déplaçant le panneau pour assurer une exposition maximale.

L'énergie éolienne est l'une des formes d'énergie renouvelable les plus reconnaissables, les éoliennes étant une caractéristique de plus en plus courante des paysages et des côtes. Le vent génère déjà plus de six pour cent de l'électricité mondiale, et des technologies sont en cours de développement qui rendront les éoliennes moins chères, plus efficaces et plus puissantes. L'accent a été mis sur les pales qui captent l'énergie cinétique du vent, avec des améliorations technologiques, notamment l'impression 3D, permettant de construire des pales plus longues et plus légères pour une plus grande efficacité. La recherche a également ajouté une pointe légèrement incurvée à la lame qui l'aide à tirer le meilleur parti des vents légers, et des lames intelligentes qui peuvent s'adapter au flux du vent pour des performances optimales.

La modélisation informatique de la physique complexe du flux de vent détermine non seulement les meilleurs emplacements pour l'énergie éolienne, mais la configuration précise des éoliennes pour maximiser le vent qu'elles captent lorsqu'il traverse la ferme. Des éoliennes à déviation du vent ont même été développées pour détourner le vent frappant la tour sur les pales afin d'exploiter encore plus d'énergie. Au-delà de cela, les développements futurs à l'étude incluent l'énergie éolienne aéroportée qui fonctionne comme un cerf-volant, l'absence de tour la rendant moins chère à déployer et capable d'atteindre des altitudes plus élevées où les vents sont souvent plus forts.

L'hydroélectricité est de loin le plus grand producteur d'énergie renouvelable, l'eau courante générant environ 17 % de l'électricité mondiale. Malgré plus d'un siècle d'expérience, la technologie hydroélectrique continue de s'améliorer. L'une des plus grandes opportunités est l'hydroélectricité à faible chute qui peut produire de l'électricité même à partir d'une pente douce. Le développement d'un système de vis hydrodynamique d'Archimède, où l'eau s'écoule le long de la vis, la faisant tourner au fur et à mesure qu'elle descend, a montré à quel point l'hydroélectricité à basse chute peut être déployée efficacement pour une production hydroélectrique à petite échelle et généralisée.

L'utilisation de la technologie pour recueillir et analyser les données améliore également l'efficacité : de nombreuses centrales hydroélectriques ont des décennies d'âge, de sorte que l'évaluation des détails de leur détérioration peut anticiper les problèmes de manière proactive. De plus, des outils analytiques tels que les prévisions hydrologiques, l'analyse saisonnière des systèmes hydroélectriques, la programmation journalière et les opérations en temps réel aident les centrales hydroélectriques à fonctionner plus efficacement. Cela devient encore plus important avec le changement climatique entraînant des débits d'eau plus variables et extrêmes, pour lesquels les prévisions météorologiques de haute technologie seront cruciales.

Avec toute cette énergie provenant du soleil, les scientifiques travaillent à imiter la fusion nucléaire du soleil sur Terre. Longtemps considérée comme relevant de la science-fiction, la réalité de la fusion nucléaire fournissant une énergie sûre et abondante sur Terre est de plus en plus une question de « quand » et non de « si ». Un projet visant à démontrer la faisabilité de la fusion nucléaire est ITER, le réacteur thermonucléaire expérimental international. Relevant l'un des plus grands défis techniques et technologiques jamais rencontrés, le projet ITER rassemble des scientifiques du monde entier pour construire la plus grande machine de ce type au monde, le tokamak ITER. C'est là que les isotopes de l'hydrogène seront chauffés à 150 millions de degrés Celsius, fusionnant théoriquement pour libérer 10 fois plus d'énergie qu'ils n'en absorbent. Avec plus d'un million de composants et 10 millions de pièces, la technologie est la clé d'un projet de cette envergure. Et la société de services technologiques Capgemini travaille avec ITER depuis des années.

Capgemini s'associe aux entreprises et aux organisations pour transformer leurs activités en exploitant la puissance de la technologie. En collaboration avec ITER, Capgemini a apporté un soutien considérable pour concrétiser sa vision en combinant l'ingénierie, la technologie et l'expertise en gestion de projet. Qu'il s'agisse de soutenir la construction de bâtiments techniques ou d'appliquer une expertise d'ingénierie avancée pour s'assurer que les visions des scientifiques et des ingénieurs sont réalisables, Capgemini travaille avec ITER depuis plus d'une décennie pour mener à bien ce projet sans précédent. Il a également développé les fonctionnalités d'un jumeau numérique, une copie numérique précise du tokamak proposé. Rassemblant toutes les données disponibles de manière à les rendre accessibles à toutes les personnes impliquées, le jumeau numérique permettra de tester chaque élément, de simuler les étapes de construction et d'améliorer la conception en identifiant et en résolvant les problèmes. En plaçant toutes les données dans une seule source unifiée, Capgemini permettra à ITER de prendre des décisions plus éclairées et d'améliorer l'efficacité et les performances globales du projet. La vision est que le jumeau numérique soit un élément essentiel de l'opérationnalisation de cette expérience pour les générations à venir.

Alors que le monde cherche à mettre fin à sa dépendance aux combustibles fossiles, les améliorations apportées aux énergies solaire, éolienne et hydraulique, ainsi que la promesse de la fusion nucléaire, sont essentielles pour atteindre l'objectif de développement durable des Nations Unies d'un prix abordable, fiable, durable et énergie moderne pour tous. Nous avons la capacité de générer de l'énergie sans carbone : le soleil a fourni la réponse, et la technologie aide à la débloquer.