Comment rester frais

Chaud, chaud, brûlant

Depuis la nuit des temps, l'homme a tenté de se protéger des conditions climatiques extrêmes, qu'elles soient chaudes ou froides. Il n'a pas fallu longtemps pour que nous trouvions des solutions pour nous chauffer correctement, même si l'efficacité reste un problème, mais le refroidissement est resté un problème insaisissable. Et la situation n'est pas près de s'améliorer.

Le réchauffement climatique multiplie les épisodes de chaleur extrême partout dans le monde. Alors que la planète n'est actuellement réchauffée que d'un degré par rapport à ce qu'elle était avant la révolution industrielle, ce petit changement entraîne des variations importantes dans le nombre et la gravité des vagues de chaleur. Les méga-vagues de chaleur, qui étaient considérées comme des événements "une fois tous les 50 ans", sont devenues 4,8 fois plus probables qu'elles ne l'étaient il y a 150 ans.

Bien entendu, comme nous ne sommes pas encore parvenus à des émissions nettes nulles, la situation continuera de s'aggraver dans les décennies à venir. Si et quand nous atteindrons 2 degrés, les vagues de chaleur extrême deviendront 13,9 fois plus probables. Ce chiffre atteindra 39,2 si nous atteignons 4 degrés en 2100. Dans l'ensemble, de plus en plus de jours tout au long de l'année seront considérés comme mortellement chauds. Les régions tropicales pourraient connaître plus de 200 jours meurtriers supplémentaires (jours avec un indice de chaleur de plus de 41 degrés) d'ici 2100 dans les hypothèses de fortes émissions.

500 000 personnes meurent chaque année à cause de la chaleur excessive

Ces journées sont extrêmement néfastes pour l'homme. Notre corps ne peut fonctionner correctement au-delà de quelques dixièmes de degrés de plus que sa température habituelle, c'est pourquoi il a développé un certain nombre de mécanismes de refroidissement. Toutefois, en cas de chaleur extrême, ces mécanismes peuvent s'avérer inefficaces. La transpiration, par exemple, ne fonctionne que lorsque la température et l'humidité sont suffisamment basses. L'exposition à une chaleur extrême entraîne la déshydratation, des crampes de chaleur et même des coups de chaleur lorsque le corps atteint une température interne de plus de 40 degrés Celsius.

Au total, environ 500 000 personnes meurent chaque année à cause de la chaleur excessive. En Europe, les taux de mortalité dus à la chaleur ont augmenté de 30 % au cours des deux dernières décennies. En juin dernier, des chercheurs de l'Imperial College de Londres ont estimé que la seule augmentation de 1,4° de la température avait fait tripler le nombre de décès et qu'elle était responsable de 1 500 décès en Europe. La chaleur est mortelle. La chaleur est mortelle.

Comment se rafraîchir ?

Pour se protéger des fortes chaleurs, nous n'avons pour l'instant que deux solutions. Rester à l'intérieur (dans un bâtiment bien isolé, tout en suivant quelques conseils pour empêcher la chaleur d'entrer) et le refroidissement conventionnel, également connu sous le nom de refroidissement par compression de vapeur.

Refroidissement par compression de vapeur

Le refroidissement par compression de vapeur utilise la pression et un fluide spécial appelé réfrigérant pour refroidir différents espaces. Le fluide frigorigène possède des propriétés rares, notamment sa capacité à se vaporiser facilement, mais pratiquement n'importe quel liquide peut être utilisé avec des systèmes légèrement plus complexes. Le fluide frigorigène fonctionne en boucle, absorbant la chaleur de "l'endroit frais" (à l'intérieur) et la dispersant dans "l'endroit chaud" (à l'extérieur). Ce cycle comporte quatre étapes principales :

• Tout d'abord, le réfrigérant est comprimé en un gaz à haute pression, ce qui le rend très chaud. C'est à cette étape que l'énergie est injectée dans le cycle par la machine.

• Le réfrigérant est maintenant plus chaud que l'extérieur. Ils sont tous deux mis en contact et la chaleur se déplace naturellement du réfrigérant vers l'extérieur.

• Après avoir perdu une partie de sa chaleur tout en conservant sa pression, le réfrigérant est autorisé à se dilater, perdant ainsi sa pression et sa température. Toutefois, comme il a cédé une partie de sa chaleur à l'extérieur, le retour à sa pression initiale le rend beaucoup plus froid qu'il ne l'était auparavant.

• Le réfrigérant froid est mis en contact avec l'intérieur, où il reçoit naturellement de la chaleur jusqu'à ce qu'il revienne à son état initial.

• Une fois le cycle terminé, le réfrigérant a capturé l'énergie de l'intérieur et l'a libérée à l'extérieur.

Mur avec plusieurs unités de climatisation

Le problème, bien sûr, c'est que l'électricité utilisée pour faire fonctionner ces machines provient souvent de la combustion de combustibles fossiles, ce qui renforce le problème contre lequel elle nous protège. C'est un cercle vicieux : plus la planète se réchauffe, plus nous avons besoin de nous rafraîchir, plus nous contribuons à la chaleur de la planète. La climatisation émet déjà plus d'un milliard de tonnes de CO2 par an, et c'est la source d'émissions de CO2 liée aux bâtiments qui connaît la croissance la plus rapide.

La climatisation est responsable de 3 % de nos émissions et de 7 % de notre consommation d'électricité.

Comment pouvons-nous faire mieux ?

De nombreuses start-ups et entreprises cherchent actuellement à améliorer notre méthodologie de refroidissement afin de la rendre plus efficace et moins impactante.

Nouvelles techniques de refroidissement

Le refroidissement par compression de vapeur n'est pas la seule technique existante. Examinons plus en détail trois nouveaux types de refroidissement en cours de développement.

Le premier est une amélioration très simple du refroidissement à la vapeur : il s'agit de remplacer le réfrigérant, qui est souvent un fluide très polluant (généralement plus de 1000 fois plus nocif pour le climat que le CO2), par des fluides simples tels que l'eau ou le CO2. Des entreprises comme Enersion ou Green-Y trouvent des procédés créatifs pour utiliser ces réfrigérants verts sans nuire à l'efficacité de l'appareil.

La seconde technique est beaucoup plus complexe et s'appelle le refroidissement magnétocalorique. Elle utilise l'effet magnétocalorique, par lequel certains solides se réchauffent ou se refroidissent lorsqu'un champ magnétique leur est appliqué. Les systèmes magnétocaloriques fonctionnent de manière très similaire aux systèmes à compression de vapeur : ils remplacent seulement le réfrigérant par un morceau de métal et le compresseur par un champ magnétique. Bien que cet effet ait été découvert il y a plus de cent ans (le grand-père de notre fondateur, Auguste Piccard, a été l'un des premiers à l'observer), la technologie en est encore à ses débuts. Bien qu'il ne puisse théoriquement pas être plus efficace d'un point de vue thermodynamique que le cycle de Carnot, il peut être plus efficace dans l'ensemble car moins d'énergie est dépensée sur les pièces en mouvement. Des entreprises telles que Magnoric, Camfridge et Polaris travaillent activement à la mise sur le marché d'applications commerciales de cette technologie.

La troisième technique consiste à utiliser des moteurs thermoacoustiques. Ces moteurs tirent parti du fait que le son, en déplaçant les particules dans les solides, crée des frottements et donc de la chaleur. Cet effet peut être inversé et la chaleur peut à son tour être transformée en son. C'est bien sûr beaucoup plus compliqué qu'il n'y paraît (jeu de mots), mais vous pouvez en apprendre davantage sur son fonctionnement ici, ou jeter un coup d'œil à certaines de nos solutions labellisées qui tentent de créer des systèmes industriels fonctionnels et financièrement viables, comme Equium ou Blue Heart Energy.

En outre, il est parfois impossible de refroidir les installations situées loin du réseau électrique. Les populations vivant dans des zones reculées n'ont donc aucune solution pour conserver la fraîcheur de leurs aliments et se protéger de la chaleur. De nouvelles technologies ont été créées pour permettre le refroidissement hors réseau, comme Cool Box de Solar Polar, qui utilise l'énergie du soleil pour créer un refroidissement sans émissions et sans pièces mobiles, ou Helio Cooling de HelioClim, qui canalise les rayons concentrés du soleil pour alimenter une pompe à chaleur.

Nouvelles techniques de stockage

Refroidir les choses, c'est bien, mais pour atteindre une réelle efficacité, nous devons être en mesure de stocker la chaleur et le froid de manière efficace. Ainsi, nous pouvons produire du froid lorsque les conditions sont optimales et l'utiliser lorsque c'est nécessaire.

Le sol est un endroit idéal pour stocker la chaleur et le froid. En effet, l'inertie thermique du sol est considérable, ce qui signifie que sa température varie très peu lorsqu'il est soumis à des changements de température ou à des flux d'énergie provenant de son environnement. Ainsi, à plus de 4 mètres de profondeur, le sol conserve une température constante tout au long de l'année, quoi qu'il se passe au-dessus. On peut en tirer deux conclusions :

• Nous pouvons utiliser le sol comme source de chaleur ou de fraîcheur constante tout au long de l'année. Si le sol sous votre maison est à 16°, vous pouvez y faire circuler de l'eau et obtenir une source de chaleur en hiver ou de froid en été. C'est le concept du mur géothermique GeoTerre.

• Nous pouvons utiliser le sol pour stocker une partie de notre chaleur supplémentaire en été, rafraîchissant ainsi notre maison, puis utiliser cette chaleur supplémentaire en hiver pour nous chauffer, dans un processus appelé Géostockage. C'est ce à quoi travaille l'équipe d'Accenta.

Installation géothermique en Islande

Lorsque le sol n'est pas une option, il existe des solutions créatives. Soprema, par exemple, a constaté que certaines structures existantes pouvaient être utilisées pour conserver la chaleur ou le froid. Ils ont modifié le réservoir d'incendie obligatoire de leur bâtiment pour l'utiliser comme réservoir de chaleur ou de froid. Boreales a constaté que la glace avait une grande capacité de rétention du froid, ce qui lui permet de créer du froid lorsque l'énergie est abondante, de le stocker sous forme de glace et de le restituer à la demande. HeatTank, pour sa part, a emprunté la voie de la haute technologie et utilise des biomatériaux appelés matériaux à changement de phase pour stocker le froid de manière compacte, réduisant ainsi de 90 % le volume nécessaire au stockage de la chaleur.

Améliorer l'efficacité des bâtiments.

Il est formidable de pouvoir produire du froid où et quand on le souhaite, mais l'étape la plus importante en matière d'efficacité énergétique consiste à conserver le froid que nous avons déjà. Voici un aperçu de tout ce que nous pouvons faire à cette fin.

L'idée la plus évidente pour conserver une plus grande partie du froid à l'intérieur est d'améliorer l'isolation. L'isolation est essentielle pour conserver la chaleur à l'extérieur. Il a été démontré qu'une mauvaise isolation peut entraîner la perte d'un tiers de la chaleur d'une maison en hiver. Une bonne isolation permet d'économiser de l'argent, de réduire les émissions de CO2 et d'améliorer le confort d'une maison. L'isolation dépend des matériaux utilisés et de la structure des murs. Le meilleur isolant est le vide, car il ne laisse pas passer la chaleur, mais il est très difficile à réaliser dans les murs. Certaines entreprises tentent de créer des murs isolés sous vide, comme les panneaux isolants WALLRUS, mais il existe également d'autres moyens de créer une excellente isolation :

• L'Airium est un matériau unique en son genre qui permet d'obtenir une excellente isolation à peu de frais. Il est facile à utiliser et à recycler.

• Tl-Skin est un nouveau matériau qui utilise des matériaux à changement de phase (tout comme HeatTank) pour stocker la chaleur entrante et l'empêcher de passer.

• Les nouveaux blocs structurels tels que Caleosol ECO+ ou le bloc EPIC facilitent la construction de structures bien isolées grâce à des blocs modulaires qui peuvent s'adapter à n'importe quel endroit et sont faciles à assembler.

• Lerefroidissement des structures est une approche créative qui permet de garder les bâtiments au frais en faisant circuler des eaux usées fraîches à travers les murs.

Un autre moyen de protéger les bâtiments de la chaleur extérieure consiste à les recouvrir d'une couche protectrice. Il existe deux solutions principales, toutes deux efficaces mais incompatibles l'une avec l'autre :

• Peindre les bâtiments avec une peinture super blanche, comme SolarCoat ou CoolRoof, qui reflètent presque 100 % de la lumière du soleil, en veillant à ce qu'aucune partie ne soit piégée par le toit et transformée en chaleur.

• Couvrir les bâtiments de plantes, de jardins sur les toits et de murs verts. Les plantes sont incroyables pour empêcher la chaleur d'entrer ou de sortir : elles peuvent améliorer la facture énergétique d'un bâtiment de 22 %. C'est la voie choisie par des solutions comme Vertiscape ou Sky Water Roof.

Refroidissement urbain mis en œuvre par Engie

Enfin, un instrument de gestion de la température des bâtiments consiste à mettre en commun leurs ressources pour plus d'efficacité et de flexibilité. Les systèmes de refroidissement urbain fonctionnent comme les systèmes de chauffage central : ils fournissent du froid aux bâtiments qui en ont besoin à partir d'une installation centralisée. Cela permet aux bâtiments d'obtenir exactement la fraîcheur dont ils ont besoin quand ils en ont besoin, sans avoir à s'occuper de systèmes de refroidissement coûteux. Les systèmes de dernière génération peuvent fournir à la fois du chauffage et du refroidissement à différents bâtiments, et réinjecter la chaleur perdue du processus de refroidissement dans le système de chauffage. C'est l'idée qui sous-tend des solutions telles que CAAS ou Boostherm.

Que reste-t-il à faire ?

Comme nous l'avons vu, les solutions pour chauffer et refroidir efficacement sont nombreuses. Mais elles ne servent à rien si elles ne sont pas mises en œuvre. Aujourd'hui, la plupart des consommateurs achètent les climatiseurs les moins chers du marché, qui sont parfois 5 fois moins efficaces que les meilleurs climatiseurs disponibles. Cela se traduit par des factures d'énergie plus élevées, des durées de vie plus courtes et davantage d'émissions. La question n'est donc pas tant de savoir quelles sont les technologies disponibles, mais plutôt quelles sont les réglementations et les mesures d'incitation qui nous permettront de faire adopter ces technologies à grande échelle.