Moins de puissance, moins d’émissions : améliorer la technologie AC

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Face à l’augmentation de la demande en climatiseurs, les scientifiques recherchent des moyens d’améliorer l’efficacité énergétique des systèmes de refroidissement et de limiter les émissions nocives qui accélèrent le réchauffement climatique.

L’innovation se concentre sur trois fronts majeurs, avec une grande attention portée à la consommation d’énergie. Les unités de climatisation représentent six pour cent de l’électricité utilisée aux États-Unis.

Plusieurs progrès ont déjà permis de réduire la consommation d'énergie de moitié depuis 1990, selon le ministère américain de l'Énergie.

La plus marquante a été la technologie dite « inverseur », qui permet de moduler la vitesse du moteur au lieu de le faire tourner à 100 % en continu.

D'autres nouvelles fonctionnalités incluent la ventilation à la demande (DCV), qui s'appuie sur des capteurs pour déterminer le nombre de personnes dans le bâtiment et ajuster les débits d'air.

Un autre domaine majeur est la recherche de substituts aux gaz réfrigérants utilisés dans la plupart des près de deux milliards d'unités de climatisation installées, selon l'Agence internationale de l'énergie.

Pendant des décennies, les climatiseurs fonctionnaient presque exclusivement aux gaz chlorofluorocarbones (CFC) ou hydrochlorofluorocarbones (HCFC), dont on estime qu'ils sont jusqu'à 10 000 fois plus nocifs que le CO2 en termes d'impact sur le réchauffement climatique.

Les CFC et HCFC ont été interdits en vertu du Protocole de Montréal depuis 1987.

Viennent ensuite les hydrofluorocarbures (HFC), dont l’élimination est désormais prévue d’ici 2050.

Les usines et les bâtiments commerciaux utilisent déjà d'autres gaz, comme l'ammoniac - qui n'a pas d'impact en termes de gaz à effet de serre - ainsi que des hydrocarbures, principalement le propane, dont les émissions sont inférieures à celles du méthane.

"Dans certains pays, on commence à voir des réfrigérants à base d'hydrocarbures", principalement du propane, "être utilisés, mais il y a des restrictions quant à la quantité que vous pouvez mettre dans le système", car ce gaz est inflammable, a déclaré Ankit Kalanki, directeur du Institut des Montagnes Rocheuses.

Les dispositifs de sécurité obligatoires génèrent un « niveau de sophistication » avec « un prix plus élevé qui s'ajoute aux unités elles-mêmes », a-t-il ajouté.

"Et le marché de la climatisation résidentielle a tendance à s'orienter d'abord vers les produits les moins chers, puis vers les produits les plus efficaces."

Certains tentent de passer au sans gaz, comme Pascal Technology, une startup de Cambridge, Massachusetts, qui travaille sur un mécanisme permettant de maintenir les réfrigérants à l'état solide, évitant ainsi tout rejet.

Une autre innovation concerne les produits qui contournent la compression, un processus de climatisation énergivore qui a peu changé depuis son invention en 1902.

Des groupes distincts de scientifiques de l'Université nationale de Singapour (NUS) et du Wyss Institute de l'Université Harvard ont respectivement construit des climatiseurs qui utilisent de l'eau pour refroidir l'air.

L'Institut Wyss a déjà réalisé des prototypes basés sur son modèle cSNAP, qui fonctionne avec un quart de l'électricité utilisée dans le processus de compression traditionnel.

L'appareil est en partie construit avec des panneaux en céramique, fabriqués en Espagne.

La startup Blue Frontier, qui compte Bill Gates parmi ses investisseurs, utilise une solution saline qui capte l'humidité de l'air, puis la refroidit au contact de l'eau.

La solution permet également de stocker de l'énergie, "vous n'avez donc pas à vous soucier des limites de capacité de l'infrastructure", a déclaré Daniel Betts, PDG de Blue Frontier.

La startup basée en Floride prévoit de louer ses unités de climatisation aux propriétaires d'immeubles commerciaux moyennant des frais d'abonnement, récupérant ainsi son investissement grâce aux économies d'électricité.

Habituellement, reconnaît Betts, « les propriétaires d'immeubles ne voient pas l'intérêt, sauf pour le marketing, d'avoir un équipement plus efficace ».

"Nous éliminons le fardeau du financement d'équipements à haute efficacité, car nous le faisons sous forme de service d'abonnement."

L'innovation en matière de climatisation a été plus lente à résoudre le troisième problème majeur lié aux unités conventionnelles, l'évacuation de l'air chaud à l'extérieur des bâtiments.

L'une des rares options disponibles sont les pompes à chaleur géothermiques, qui utilisent un réseau de tuyaux enterrés qui canalisent les températures plus fraîches du sous-sol et ne libèrent pas d'air chaud.