How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | Aaswath Raman

Traducteur: DAHOU Mohamed Relecteur: Jules Daunay

Every summer when I was growing up,

Chaque été, quand j'étais enfant,

I would fly from my home in Canada to visit my grandparents,

je partais de chez moi au Canada pour visiter mes grands-parents,

who lived in Mumbai, India.

qui vivaient à Bombay en Inde.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Au mieux, les étés canadiens sont doux,

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

environ 22° Celsius ou 72 °F

is a typical summer's day, and not too hot.

pour une journée d'été normale, et pas très chauds.

Mumbai, on the other hand, is a hot and humid place

Par contre, Bombay est un endroit chaud et humide,

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

il y fait bien 30 °C ou 90 °F.

As soon as I'd reach it, I'd ask,

Dès mon arrivée, je me disais :

"How could anyone live, work or sleep in such weather?"

« Comment peut-on vivre, travailler ou dormir dans un tel climat ? »

To make things worse, my grandparents didn't have an air conditioner.

Pour empirer les choses, mes grands-parents n'avaient pas la clim.

And while I tried my very, very best,

J'ai vraiment fait tout mon possible,

I was never able to persuade them to get one.

mais je n'ai jamais réussi à les persuader de s'en procurer.

But this is changing, and fast.

Pourtant, c'est en train de changer rapidement.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

L'ensemble des systèmes de refroidissement représentent 17 %

of the electricity we use worldwide.

de l’électricité consommée dans le monde entier.

This includes everything from the air conditioners

Cela inclut tout, depuis la climatisation

I so desperately wanted during my summer vacations,

que je désirais désespérément pendant mes vacances d’été,

to the refrigeration systems that keep our food safe and cold for us

aux systèmes de réfrigération pour garder nos aliments à l'abri et froids,

in our supermarkets,

dans nos supermarchés,

to the industrial scale systems that keep our data centers operational.

et aux systèmes industriels qui gardent opérationnels nos centres de données.

Collectively, these systems account for eight percent

Tous ensemble, ces systèmes représentent 8%

of global greenhouse gas emissions.

des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

But what keeps me up at night

Mais ce qui m'empêche de dormir,

is that our energy use for cooling might grow sixfold by the year 2050,

c'est que l’énergie dédiée à climatiser pourrait sextupler d’ici à 2050,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

principalement en raison d'une utilisation croissante en Asie et en Afrique.

I've seen this firsthand.

J’en ai été témoin.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Presque chaque logement autour de chez ma grand-mère

now has an air conditioner.

est maintenant équipé d’un climatiseur.

And that is, emphatically, a good thing

Et c'est, sans aucun doute, une bonne chose

for the health, well-being and productivity

pour la santé, le bien-être et la productivité

of people living in warmer climates.

des gens qui vivent dans des endroits chauds.

However, one of the most alarming things about climate change

Mais l’une des choses les plus alarmantes concernant le changement climatique,

is that the warmer our planet gets,

c'est que plus notre planète se réchauffe,

the more we're going to need cooling systems --

plus nous aurons besoin de systèmes de climatisation –

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

qui eux-mêmes émettent beaucoup de gaz à effet de serre.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Cela risque alors de provoquer une boucle de rétroaction,

where cooling systems alone

si ces systèmes à eux seuls

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

deviennent l'une des plus grandes sources de gaz à effet de serre

later this century.

au cours de ce siècle.

In the worst case,

Dans le pire des cas,

we might need more than 10 trillion kilowatt-hours of electricity every year,

nous pourrions avoir besoin de plus de 10 milliards de kWh d’électricité par an,

just for cooling, by the year 2100.

juste pour la climatisation, d’ici 2100.

That's half our electricity supply today.

C’est la moitié de notre alimentation en électricité aujourd'hui.

Just for cooling.

Juste pour la climatisation.

But this also point us to an amazing opportunity.

Mais cela nous laisse aussi entrevoir une opportunité extraordinaire.

A 10 or 20 percent improvement in the efficiency of every cooling system

Une amélioration de 10 ou 20 % de l’efficacité des système de climatisation

could actually have an enormous impact on our greenhouse gas emissions,

peut avoir un impact énorme sur nos émissions de gaz à effet de serre,

both today and later this century.

à la fois aujourd'hui et au cours de ce siècle.

And it could help us avert that worst-case feedback loop.

Et cela peut nous aider à éviter le pire scénario de boucle de rétroaction.

I'm a scientist who thinks a lot about light and heat.

Je suis un scientifique qui réfléchit beaucoup à la lumière et à la chaleur.

In particular, how new materials allow us to alter the flow

Notamment comment les nouveaux matériaux nous permettent de modifier le flux

of these basic elements of nature

de ces éléments basiques de la nature

in ways we might have once thought impossible.

d'une manière que nous aurions pu croire impossible autrefois.

So, while I always understood the value of cooling

Même si j'ai toujours saisi la valeur de la climatisation

during my summer vacations,

pendant mes vacances d'été,

I actually wound up working on this problem

j'ai fini par travailler sur ce problème

because of an intellectual puzzle that I came across about six years ago.

à cause d'un casse-tête intellectuel que j'ai découvert il y a six ans.

How were ancient peoples able to make ice in desert climates?

Comment les peuples anciens fabriquaient de la glace dans des climats désertiques ?

This is a picture of an ice house,

Voici une photo d'une glacière,

also called a Yakhchal, located in the southwest of Iran.

également appelée « yakhchal », située au sud-est de l'Iran.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Il y a des vestiges de dizaines de ces constructions dans tout l'Iran

with evidence of similar such buildings throughout the rest of the Middle East

et des preuves de leur existence dans le reste du Moyen-Orient

and all the way to China.

et jusqu'en Chine.

The people who operated this ice house many centuries ago,

Les gens qui ont exploité ces glacières il y a des siècles

would pour water in the pool you see on the left

versaient l'eau dans le bassin que l'on voit à gauche

in the early evening hours, as the sun set.

en début de soirée, au coucher du soleil.

And then something amazing happened.

Puis, une chose incroyable se produisait.

Even though the air temperature might be above freezing,

Même si la température dépassait le point de congélation,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

disons 5 °C ou 41 °F,

the water would freeze.

l'eau gelait.

The ice generated would then be collected in the early morning hours

La glace était alors récupérée au petit matin

and stored for use in the building you see on the right,

et stockée dans le bâtiment que vous voyez à droite,

all the way through the summer months.

pendant tous les mois d'été.

You've actually likely seen something very similar at play

Vous avez probablement déjà vu quelque chose de semblable

if you've ever noticed frost form on the ground on a clear night,

si vous avez remarqué la formation de givre sur le sol par une nuit claire,

even when the air temperature is well above freezing.

même quand la température dépasse le point de congélation.

But wait.

Mais, attendez.

How did the water freeze if the air temperature is above freezing?

Comment l'eau peut geler si la température dépasse le point de congélation ?

Evaporation could have played an effect,

L'évaporation aurait pu y jouer un rôle,

but that's not enough to actually cause the water to become ice.

mais ce n'est pas suffisant pour que l'eau se transforme en glace

Something else must have cooled it down.

Quelque chose d'autre doit la refroidir.

Think about a pie cooling on a window sill.

Imaginez une tarte qui refroidit sur le rebord d'une fenêtre.

For it to be able to cool down, its heat needs to flow somewhere cooler.

Pour qu'elle refroidisse, sa chaleur doit partir dans un endroit plus frais.

Namely, the air that surrounds it.

À savoir, l'air qui l'entoure.

As implausible as it may sound,

Aussi peu crédible que cela puisse paraître,

for that pool of water, its heat is actually flowing to the cold of space.

pour ce bassin, la chaleur de l'eau s'évacue dans le froid de l'espace.

How is this possible?

Comment est-ce possible ?

Well, that pool of water, like most natural materials,

Ce bassin d'eau, comme la plupart des matières naturelles,

sends out its heat as light.

évacue sa chaleur sous forme de lumière.

This is a concept known as thermal radiation.

C'est un concept appelé « rayonnement thermique ».

In fact, we're all sending out our heat as infrared light right now,

En ce moment, nous envoyons tous notre chaleur sous forme d'infrarouge,

to each other and our surroundings.

les uns aux autres et à notre entourage.

We can actually visualize this with thermal cameras

On peut le voir grâce aux caméras thermiques

and the images they produce, like the ones I'm showing you right now.

et les images qu'elles produisent comme celles que je vous montre ici.

So that pool of water is sending out its heat

Ce bassin d'eau évacue sa chaleur

upward towards the atmosphere.

vers le haut de l'atmosphère.

The atmosphere and the molecules in it

L'atmosphère et ses molécules

absorb some of that heat and send it back.

absorbent une partie de cette chaleur et la renvoient.

That's actually the greenhouse effect that's responsible for climate change.

C'est l'effet de serre responsable du changement climatique.

But here's the critical thing to understand.

Voici toutefois le point essentiel à comprendre.

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Notre atmosphère n'absorbe pas toute cette chaleur.

If it did, we'd be on a much warmer planet.

Si c'était le cas, nous vivrions sur une planète plus chaude.

At certain wavelengths,

À certaines longueurs d'ondes,

in particular between eight and 13 microns,

en particulier entre huit et treize microns,

our atmosphere has what's known as a transmission window.

notre atmosphère connaît un phénomène nommé « fenêtre atmosphérique ».

This window allows some of the heat that goes up as infrared light

Elle laisse une partie de la chaleur s'élever sous forme d'infrarouge

to effectively escape, carrying away that pool's heat.

pour s'évacuer de fait, en entraînant la chaleur du bassin.

And it can escape to a place that is much, much colder.

Elle peut ainsi s'évacuer dans un lieu bien plus frais.

The cold of this upper atmosphere

Le froid dans la haute atmosphère

and all the way out to outer space,

et jusqu'à l'espace,

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

peut atteindre une température de -270 °C

or minus 454 degrees Fahrenheit.

ou de -454 °F.

So that pool of water is able to send out more heat to the sky

Alors, ce bassin d'eau peut envoyer plus de chaleur vers le ciel

than the sky sends back to it.

que l'inverse.

And because of that,

Et grâce à cela,

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

le bassin va se refroidir en dessous de la température ambiante.

This is an effect known as night-sky cooling

C'est l'effet connu sous le nom de « refroidissement nocturne »

or radiative cooling.

ou « refroidissement radiatif ».

And it's always been understood by climate scientists and meteorologists

Et il a toujours été considéré par les climatologues et les météorologues

as a very important natural phenomenon.

comme un phénomène naturel très important.

When I came across all of this,

Quand je suis tombé sur tout ça,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

c'était la fin de mon doctorat à Stanford.

And I was amazed by its apparent simplicity as a cooling method,

Et j'ai été stupéfait par sa simplicité comme méthode de refroidissement,

yet really puzzled.

bien que très perplexe.

Why aren't we making use of this?

Pourquoi n'utilise-t-on pas cela ?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Les scientifiques et les ingénieurs ont étudié cette idée

in previous decades.

ces dernières années.

But there turned out to be at least one big problem.

Mais il s'est avéré qu'il y avait au moins un gros problème.

It was called night-sky cooling for a reason.

Il y a une raison pour laquelle on l'appelle « refroidissement nocturne ».

Why?

Pourquoi ?

Well, it's a little thing called the sun.

C'est pour une petite raison appelée le soleil.

So, for the surface that's doing the cooling,

La surface qui refroidit

it needs to be able to face the sky.

a besoin d'être située face au ciel.

And during the middle of the day,

Et au beau milieu de la journée,

when we might want something cold the most,

quand on aura peut être le plus besoin de quelque chose de froid,

unfortunately, that means you're going to look up to the sun.

malheureusement, cela signifie lever la tête vers le soleil.

And the sun heats most materials up

Et il chauffe la plupart des matériaux

enough to completely counteract this cooling effect.

suffisamment pour contrer totalement cet effet de refroidissement.

My colleagues and I spend a lot of our time

Mes collègues et moi avons beaucoup réfléchi

thinking about how we can structure materials

à comment structurer des matériaux

at very small length scales

à de très petites échelles

such that they can do new and useful things with light --

pour accomplir des choses nouvelles et utiles avec la lumière –

length scales smaller than the wavelength of light itself.

des échelles plus petites que sa longueur d'onde elle-même.

Using insights from this field,

À partir des idées de ce domaine,

known as nanophotonics or metamaterials research,

appelé recherche nanophotonique ou métamatériaux,

we realized that there might be a way to make this possible during the day

nous avons découvert un moyen d'y arriver en journée

for the first time.

pour la première fois.

To do this, I designed a multilayer optical material

Pour ce faire, j'ai conçu un matériau optique multicouche

shown here in a microscope image.

montré ici sur une image microscopique.

It's more than 40 times thinner than a typical human hair.

C'est 40 fois plus fin qu'un cheveu humain classique.

And it's able to do two things simultaneously.

Et il est capable de faire deux choses simultanément.

First, it sends its heat out

Premièrement, il envoie sa chaleur

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

précisément là où notre atmosphère laisse le mieux évacuer cette chaleur.

We targeted the window to space.

Nous avons orienté la fenêtre vers l'espace.

The second thing it does is it avoids getting heated up by the sun.

Deuxièmement, le soleil ne le chauffe pas.

It's a very good mirror to sunlight.

C'est un très bon miroir pour la lumière du soleil

The first time I tested this was on a rooftop in Stanford

J'ai fait le premier test sur un toit à Stanford,

that I'm showing you right here.

c'est ce que vous voyez ici.

I left the device out for a little while,

J'ai laissé l'appareil dehors pendant un petit moment,

and I walked up to it after a few minutes,

j'y suis retourné après quelques minutes

and within seconds, I knew it was working.

et, en quelques secondes, j'ai su que ça fonctionnait.

How?

Comment ?

I touched it, and it felt cold.

Je l'ai touché et c'était froid.

(Applause)

(Applaudissements)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Juste pour souligner comme c'est étrange et paradoxal :

this material and others like it

ce matériau et d'autres similaires

will get colder when we take them out of the shade,

refroidissent quand on les sort de l'ombre,

even though the sun is shining on it.

même si le soleil brille sur eux.

I'm showing you data here from our very first experiment,

Voici les données de notre toute première expérience,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

où ce matériau est resté à plus de 5 °C,

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

ou 9 °F, plus froid que la température ambiante,

even though the sun was shining directly on it.

même si le soleil brillait directement dessus.

The manufacturing method we used to actually make this material

La méthode de fabrication utilisée pour fabriquer ce matériau

already exists at large volume scales.

existe déjà à grande échelle.

So I was really excited,

J'en étais très heureux,

because not only do we make something cool,

car non seulement nous avions fabriqué quelque chose de génial,

but we might actually have the opportunity to do something real and make it useful.

mais nous avions aussi l'occasion de faire quelque chose de réel et utile.

Ce qui m'amène à la prochaine grande question.

That brings me to the next big question.

How do you actually save energy with this idea?

Comment peut-on économiser l'énergie avec cette idée ?

Well, we believe the most direct way to save energy with this technology

Nous pensons que le moyen le plus direct pour y arriver grâce à cette technologie

is as an efficiency boost

est d'augmenter l'efficacité

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

des systèmes actuels de climatisation et de réfrigération.

To do this, we've built fluid cooling panels,

Nous avons créé des panneaux de refroidissement fluides

like the ones shown right here.

comme ceux montrés ici.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Ces panneaux ont la même forme qu'un chauffe-eau solaire,

except they do the opposite -- they cool the water, passively,

sauf qu'à l'inverse, ils refroidissent l'eau, passivement,

using our specialized material.

en utilisant notre matériel spécialisé.

These panels can then be integrated with a component

Ces panneaux sont alors intégrés à un composant

almost every cooling system has, called a condenser,

inclus dans presque chaque climatiseur, un condenseur,

to improve the system's underlying efficiency.

pour améliorer l'efficacité sous-jacente du système.

Our start-up, SkyCool Systems,

Notre start-up, SkyCool Systems,

has recently completed a field trial in Davis, California, shown right here.

a récemment mené un essai sur le terrain à Davis, en Californie, visible ici.

In that demonstration,

Lors de cette expérience,

we showed that we could actually improve the efficiency

nous avons démontré qu'on peut améliorer l'efficacité

of that cooling system as much as 12 percent in the field.

de ce système de refroidissement jusqu'à 12 % sur le terrain.

Over the next year or two,

Dans un an ou deux ans,

I'm super excited to see this go to its first commercial-scale pilots

il me tarde de voir les premiers pilotes commercialisés

in both the air conditioning and refrigeration space.

à la fois pour la climatisation et la réfrigération spatiale.

In the future, we might be able to integrate these kinds of panels

À l'avenir, nous pourrons intégrer ce type de panneaux

with higher efficiency building cooling systems

à des systèmes de refroidissement de bâtiments plus efficaces

to reduce their energy usage by two-thirds.

pour réduire de deux tiers leur consommation d'énergie.

And eventually, we might actually be able to build a cooling system

Et finalement, nous pourrons construire un système de refroidissement

that requires no electricity input at all.

qui ne nécessite aucune consommation d'électricité.

As a first step towards that,

Dans un premier temps,

my colleagues at Stanford and I

mes collègues à Stanford et moi

have shown that you could actually maintain

avons démontré que vous pouvez maintenir

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

quelque chose dépassant les 42 °C en dessous de la température ambiante

with better engineering.

grâce à une meilleur ingénierie.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)

So just imagine that --

Juste imaginez cela –

something that is below freezing on a hot summer's day.

quelque chose sous le point de congélation par une chaude journée d'été.

So, while I'm very excited about all we can do for cooling,

Bien que je sois très motivé par tout ce qu'on peut faire pour le refroidissement –

and I think there's a lot yet to be done,

et je pense qu'il reste encore beaucoup à faire –

as a scientist, I'm also drawn to a more profound opportunity

en tant que scientifique, je suis aussi attiré par une plus grande opportunité

that I believe this work highlights.

que ce travail va, je pense, dévoiler.

We can use the cold darkness of space

Nous pouvons utiliser l'obscurité froide de l'espace

to improve the efficiency

pour améliorer l'efficacité

of every energy-related process here on earth.

de tous les phénomènes liés à l'énergie ici sur terre.

One such process I'd like to highlight are solar cells.

L'un de ces phénomènes que je veux souligner est les panneaux solaires.

They heat up under the sun

Ils chauffent sous le soleil

and become less efficient the hotter they are.

et deviennent moins efficaces à mesure qu'ils chauffent.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

En 2015, nous avons montré qu'avec ce type de microstructures

on top of a solar cell,

sur un panneau solaire,

we could take better advantage of this cooling effect

on peut mieux tirer parti de cet effet de refroidissement

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

pour maintenir le panneau solaire à une température plus basse passivement.

This allows the cell to operate more efficiently.

Cela permet au panneau de fonctionner plus efficacement.

We're probing these kinds of opportunities further.

Nous approfondissons ce genre de possibilités.

We're asking whether we can use the cold of space

Nous nous demandons si nous pouvons utiliser le froid de l'espace

to help us with water conservation.

pour nous aider à économiser l'eau.

Or perhaps with off-grid scenarios.

Ou peut-être grâce à des scénarios hors réseau.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Peut-être pourrions-nous nous-mêmes créer directement de l'énergie avec ce froid.

There's a large temperature difference between us here on earth

Il y a un grand écart de température entre nous ici sur terre

and the cold of space.

et le froid de l'espace.

That difference, at least conceptually,

Cet écart, du moins sur le plan conceptuel,

could be used to drive something called a heat engine

peut faire fonctionner un moteur thermique

to generate electricity.

pour générer de l'électricité.

Could we then make a nighttime power-generation device

Peut-on alors créer un générateur d'énergie nocturne

that generates useful amounts of electricity

qui produit des quantités utiles d'électricité

si les panneaux solaires ne le font pas ?

when solar cells don't work?

Could we generate light from darkness?

Peut-on générer de la lumière depuis les ténèbres ?

Central to this ability is being able to manage

L'élément central pour y arriver, c'est de pouvoir gérer

the thermal radiation that's all around us.

la radiation thermique qui nous entoure.

We're constantly bathed in infrared light;

Nous sommes constamment baignés par la lumière infrarouge.

if we could bend it to our will,

Si nous arrivons à la soumettre à notre volonté,

we could profoundly change the flows of heat and energy

nous pourrions changer radicalement les flux de chaleur et d'énergie

that permeate around us every single day.

qui nous entourent tous les jours.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Cette possibilité, combinée à l'obscurité froide de l'espace,

points us to a future where we, as a civilization,

nous oriente vers un futur où nous, en tant que civilisation,

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

pourrions gérer plus intelligemment notre empreinte énergétique thermique

at the very largest scales.

à de très grandes échelles.

As we confront climate change,

Face au changement climatique,

I believe having this ability in our toolkit

je pense qu'avoir cette possibilité dans notre boîte à outils

will prove to be essential.

deviendra fondamental.

So, the next time you're walking around outside,

Alors, la prochaine fois que vous vous promenerez dehors,

yes, do marvel at how the sun is essential to life on earth itself,

oui, émerveillez-vous du rôle vital du soleil pour la vie sur Terre,

but don't forget that the rest of the sky has something to offer us as well.

mais n'oubliez pas que le reste du ciel a aussi quelque chose à nous offrir.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)