Nouvel air

May 25, 2023

Les unités de climatisation standard refroidissent les bâtiments mais contribuent au réchauffement climatique. La nouvelle technologie vise à changer cela

Le mois de juillet dernier a été le mois le plus chaud jamais enregistré dans l’histoire de l’humanité. Les vagues de chaleur ont battu des records de température dans le monde entier et ont même amené des températures estivales au Chili et en Argentine pendant l'hiver de l'hémisphère sud. C'est bien plus qu'une simple question d'inconfort dû à la transpiration. La chaleur extrême est le plus meurtrier de tous les événements météorologiques ; Aux États-Unis seulement, elle tue chaque année plus de personnes que les inondations, les tornades et les ouragans réunis. À mesure que le changement climatique s’aggrave, l’accès à des espaces artificiellement refroidis devient rapidement une nécessité sanitaire et une question de droits humains fondamentaux.

Pourtant, les systèmes de climatisation standards nous ont pris au piège dans une boucle de rétroaction négative : plus il fait chaud, plus les gens activent la climatisation – et plus d’énergie est utilisée (et plus de gaz à effet de serre sont émis) en conséquence. « Nous sommes dans un cercle vicieux », déclare Nicole Miranda, ingénieure en recherche sur le refroidissement durable à l'Université d'Oxford. Et « ce n’est pas seulement un cercle vicieux, mais un cercle vicieux qui s’accélère ». Le refroidissement est la source de consommation d'énergie qui connaît la croissance la plus rapide dans les bâtiments, selon les données 2018 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE). Selon un scénario de maintien du statu quo, l'AIE prévoit que la demande annuelle mondiale d'énergie pour le refroidissement fera plus que tripler d'ici 2050. Cela représente une augmentation de plus de 4 000 térawattheures, ce qui correspond à peu près à la quantité d'énergie consommée par l'ensemble des États-Unis en un an. .

Il devient de plus en plus clair que les humains ne peuvent pas échapper au changement climatique avec la même technologie de climatisation que celle que nous utilisons depuis près d’un siècle. Rompre le cycle nécessite de nouvelles innovations qui contribueront à apporter un air plus frais à un plus grand nombre de personnes avec moins d’impact sur l’environnement.

Un problème bien connu des systèmes de climatisation actuels est leur dépendance à l’égard de produits chimiques réfrigérants, dont beaucoup sont de puissants gaz à effet de serre. Certains projets visent à remplacer ces substances par des liquides de refroidissement moins nocifs, mais même s'ils le font, les réfrigérants ne représentent qu'une fraction des conséquences climatiques de la climatisation. Environ 80 % des émissions de réchauffement climatique d'une unité de climatisation standard proviennent actuellement de l'énergie utilisée pour l'alimenter, explique Nihar Shah, directeur du programme mondial d'efficacité de refroidissement au Laboratoire national Lawrence Berkeley. De nombreux travaux récents ont été consacrés à l'amélioration de l'efficacité énergétique des compresseurs et des échangeurs de chaleur, qui font partie des conceptions de climatisation standard, explique Shah. Pourtant, des projets plus ambitieux visent à réduire la quantité de travail que ces composants doivent effectuer en premier lieu.

Les systèmes de climatisation standard refroidissent et déshumidifient simultanément grâce à un mécanisme relativement inefficace : afin de condenser l'eau de l'air, dit Shah, ils refroidissent trop cet air au-delà du point de confort. De nombreuses nouvelles conceptions séparent donc les processus de déshumidification et de refroidissement, ce qui évite le besoin de trop refroidir.

Par exemple, certains modèles de climatiseurs plus récents extraient l'humidité de l'air avec des matériaux déshydratants (semblables au gel de silice contenu dans les sachets que vous pourriez trouver dans un sac de viande séchée ou une bouteille de pilules). L'air séché peut ensuite être refroidi à une température plus raisonnable. Ce processus peut nécessiter une certaine énergie supplémentaire car le dessicant doit être « rechargé » à l’aide de chaleur. Mais certaines entreprises, dont la start-up Transaera, basée à Somerville, dans le Massachusetts, recyclent la chaleur générée par le processus de refroidissement pour recharger le déshydratant. Transaera affirme que le système qu'elle développe pourrait consommer 35 % d'énergie en moins qu'une unité de climatisation standard moyenne.

Des gains d’efficacité encore plus importants sont possibles lorsque la déshumidification est associée au refroidissement par évaporation, ce qui élimine complètement de l’équation le processus énergivore appelé compression de vapeur. La compression de vapeur – le système par lequel fonctionne le courant alternatif standard – déplace un réfrigérant à travers un cycle dans lequel il est variablement condensé et détendu, lui permettant d'absorber la chaleur de l'intérieur et de libérer cette chaleur à l'extérieur. À l’inverse, le refroidissement par évaporation est un processus plus simple. C'est le même par lequel la transpiration rafraîchit notre peau : lorsque l'eau passe du liquide au gaz, elle absorbe la chaleur. Les refroidisseurs de marais, appareils de bricolage dans lesquels un ventilateur souffle de l'air sur la glace, fonctionnent de la même manière. Et dans les climats secs, les gens utilisent le refroidissement par évaporation depuis des milliers d’années. Dans l’Iran ancien, par exemple, les gens ont conçu des yakhchāls – de grandes structures d’argile en forme de cône dotées de cheminées solaires – qui exploitaient la circulation de l’air et l’évaporation de l’eau adjacente pour abaisser les températures de manière à pouvoir fabriquer de la glace en hiver et la stocker tout au long de l’été.