How to Transform the Chemical Industry -- One Reaction at a Time | Miguel A. Modestino | TED

43,445 views

2022-09-12 ・ TED


New videos

How to Transform the Chemical Industry -- One Reaction at a Time | Miguel A. Modestino | TED

43,445 views ・ 2022-09-12

TED


Veuillez double-cliquer sur les sous-titres anglais ci-dessous pour lire la vidéo.

Traducteur: Anthony Couturier Relecteur: eric vautier
00:04
I was born and raised in Caracas, Venezuela,
0
4042
2085
Je suis né et j’ai grandi à Caracas dans les années 80 et 90.
00:06
back in the '80s and '90s.
1
6169
1377
00:07
Venezuela is a beautiful country,
2
7587
1585
Le Venezuela est magnifique
00:09
rich with natural treasures from beaches to rainforests.
3
9172
3629
et regorge de trésors naturels, des plages aux forêts tropicales.
00:13
But one thing that people don't quite realize
4
13385
2127
Les gens ne le savent pas toujours,
00:15
is that we also have really tall mountains.
5
15512
2335
mais il y a aussi de très hautes montagnes.
00:17
These are part of the Andes,
6
17847
1377
Elles sont dans les Andes
00:19
and they stretch all the way down from Chile and Argentina.
7
19224
2794
qui s’étendent jusqu’au Sud au Chili et en Argentine.
On y trouve quelques-uns des rares glaciers tropicaux du monde.
00:22
And they're also home to some of the very few tropical glaciers
8
22060
2961
00:25
in the world.
9
25021
1168
Quand les premières cartes ont été établies en 1910,
00:26
Back in 1910, when the first map was drawn,
10
26189
2461
00:28
Venezuela used to have five tropical glaciers,
11
28692
2460
le Venezuela comptait cinq glaciers tropicaux
00:31
which we used to call the five white eagles.
12
31194
2127
que nous appelions «les cinq aigles blancs».
00:33
Today, unfortunately, there's only one left,
13
33738
3128
Malheureusement, il n’en reste aujourd’hui qu’un seul
00:36
and it covers an area which is smaller than Central Park in New York City.
14
36908
3504
dont la superficie est inférieure à celle de Central Park à New York.
00:40
These glaciers have been disappearing because of the use of a resource
15
40870
3504
La disparition de ces glaciers est due à l’utilisation d’une ressource
00:44
that we extract not too far from them:
16
44416
2252
qui est extraite aux alentours :
00:46
oil.
17
46710
1126
le pétrole.
00:47
As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.
18
47877
2878
En tant que Vénézuélien, je suis partagé quant au pétrole.
00:51
On the one hand, oil is the resource that helped my country develop,
19
51381
3545
D’un côté, c’est la ressource qui a permis le développement de mon pays
00:54
as well as human civilization.
20
54926
1669
et celui de la civilisation humaine.
00:57
On the other hand,
21
57220
1168
De l’autre, elle fait petit à petit peser une menace existentielle :
00:58
it's a resource that slowly but surely fuels an existential threat.
22
58430
3795
01:02
Climate change.
23
62225
1210
le changement climatique.
01:04
We now know that to avert the worst impacts of climate change,
24
64019
3587
Nous savons désormais que pour contrer les effets du changement climatique,
01:07
we're going to have to decarbonize everything that we do
25
67647
2628
il faudra décarboner toutes nos activités
01:10
and everything that surrounds us.
26
70317
1710
et tout notre environnement
01:12
And to do that within the next three decades.
27
72068
2336
au cours des trois prochaines décennies.
01:14
These include things like transitioning from oil, natural gas
28
74779
4338
Ça comprend, entre autres, la transition du pétrole et du gaz naturel
01:19
to clean sources of electricity;
29
79159
2377
vers des sources d’électricité propres,
01:21
electrifying all of our vehicles;
30
81536
2169
le passage aux véhicules électriques
01:23
rethinking the way that we make our buildings and cities.
31
83705
2920
et le réexamen des méthodes de construction des bâtiments.
01:27
The good news is that technologies to do some of these things already exist.
32
87626
3712
Heureusement, des technologies pour y parvenir existent déjà,
01:31
And legislation to frame and direct this effort
33
91713
3128
et des mesures réglementaires pour cadrer et diriger ces efforts
01:34
is starting to be put in place.
34
94883
1710
sont en train d’être mises en place.
01:37
The bad news is that even if we do all of these things,
35
97135
2961
Malheureusement, même en faisant tout ça,
01:40
it will still not be enough.
36
100096
1627
ça ne sera toujours pas suffisant.
01:42
There are still large sectors of our economy
37
102307
2085
Il y a des secteurs de notre économie qui devront être décarbonés
01:44
that will need to be decarbonized
38
104392
1585
pour lesquels la technologie n’est pas encore disponible.
01:46
for which we don't have the technology yet.
39
106019
2252
01:49
These include the things like manufacturing processes
40
109064
2961
Il s’agit par exemple des procédés de fabrication
01:52
that are used to make everything that surrounds us,
41
112067
2961
qui servent à produire tout ce qui nous entoure,
01:55
from the cement and steel that holds our buildings together
42
115028
3503
du ciment et de l’acier, qui font tenir nos bâtiments debout,
01:58
to the chemicals and materials that we use to make the goods
43
118573
3879
aux produits chimiques et aux matériaux utilisés pour fabriquer les objets
02:02
that we use in our daily lives.
44
122452
2002
dont nous nous servons quotidiennement.
02:04
Things like the chair that you're sitting in,
45
124496
2335
Comme la chaise sur laquelle vous êtes assis,
02:06
your shoes, the cars that you use,
46
126873
3128
vos chaussures,
votre voiture
02:10
and all the devices that we use every day.
47
130043
2669
et tous les appareils de la vie quotidienne.
02:14
The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent
48
134756
4379
L’industrie chimique représente à elle seule 10 % de l’énergie consommée
02:19
of the energy consumption.
49
139177
1752
02:22
And 20 percent of the carbon emissions from industry.
50
142222
3336
et 20 % des émissions de CO2 de l’industrie.
02:26
These emissions arise from the use of fossil fuel combustion
51
146017
3837
Ces émissions proviennent de la combustion de combustibles fossiles
02:29
to generate the heat that is required to drive processes inside of our old
52
149896
4421
destinée à produire la chaleur nécessaire au fonctionnement des processus
02:34
and inefficient chemical plants.
53
154359
1585
de nos vieilles usines chimiques.
02:36
One way to start fixing the issue will be to use electricity
54
156820
3670
Une solution au problème consiste à se servir de l’électricité
02:40
instead of heat from fossil fuels
55
160532
1793
à la place de combustibles fossiles pour faire fonctionner ces usines.
02:42
to drive the processes inside of these plants.
56
162325
2169
02:44
Sounds easy enough, right?
57
164536
1251
Ça paraît simple, non ?
02:45
Just unplug the natural gas pipelines, plug in the electrical wire,
58
165829
4754
Il suffit de fermer l’arrivée de gaz et de brancher un câble électrique
02:50
and make sure that you source electricity from clean sources like solar,
59
170583
3587
en s’assurant que l’électricité soit issue de sources propres
comme le solaire, l’éolien ou le nucléaire.
02:54
wind or nuclear.
60
174212
1251
02:56
Unfortunately, in reality, it's much harder than that.
61
176047
2878
Malheureusement, la réalité est bien plus compliquée.
02:58
We're going to have to come up with new chemical reactions
62
178967
2878
Il va falloir élaborer de nouvelles réactions chimiques
03:01
that can source their energy directly from electricity.
63
181886
3003
qui puissent être alimentées directement avec de l’électricité.
03:05
These are called electrochemical reactions.
64
185598
2545
Ces réactions sont appelées réactions électrochimiques.
03:08
And it’s what my research group at New York University is focusing on:
65
188476
3879
C’est le sujet de recherche de mon équipe à l’université de New York :
03:12
figuring out electrochemical paths
66
192355
2628
trouver des mécanismes électrochimiques
03:14
that can create direct links between clean electricity and molecules.
67
194983
4004
permettant de créer des liens directs entre de l’électricité et des molécules.
03:19
In electrochemical reactions,
68
199904
1544
Dans ces réactions,
03:21
heat is replaced by electricity as an energy source.
69
201489
2795
l’électricité remplace la chaleur comme source d’énergie.
03:24
This allows us to operate reactors
70
204701
2627
Ça nous permet de faire fonctionner les réacteurs
03:27
and carry out reactions at room temperature
71
207370
2836
et provoquer des réactions à température ambiante
03:30
with minimal energy losses.
72
210206
2002
avec des pertes d’énergie très faibles.
03:33
But the problem is
73
213668
1168
Il y a un problème :
03:34
that for electrochemical reactions to become viable,
74
214878
2794
pour que les réactions électrochimiques soient viables,
03:37
they will need to be more efficient and cost competitive
75
217714
2753
elles doivent être plus efficaces et ne pas coûter plus cher
03:40
than the heat-powered ones that we use today.
76
220467
2460
que celles réalisées aujourd’hui à partir de chaleur.
03:43
That means that electrochemical reactors
77
223219
2127
Les réacteurs électrochimiques devront donc transformer
03:45
will need to transform raw materials into products
78
225388
4963
des matériaux bruts en produits
03:50
very efficiently, with minimal waste and very selectively.
79
230351
4630
de façon très efficace et très sélective avec des pertes faibles.
03:56
This will then in turn incentivize chemical manufacturers
80
236107
3170
Ça va ensuite inciter les fabricants de produits chimiques
03:59
to switch to electrochemical production processes
81
239277
3587
à basculer vers des procédés de production électrochimiques
04:02
instead of deploying new fossil fuel chemical plants.
82
242864
4504
au lieu de développer de nouvelles usines à combustibles fossiles.
04:10
In our research, we started by looking at a chemical reaction
83
250371
3087
Au cours des recherches, nous avons étudié une réaction chimique
04:13
that is used to make one of the most important polymers in the world:
84
253458
3295
employée pour fabriquer un des plus importants polymères au monde,
04:16
Nylon 66.
85
256795
1376
le Nylon 6-6.
04:18
More than 5 million tons of all kinds of nylons
86
258963
2670
Plus de cinq millions de tonnes de différents nylons
04:21
are produced every year.
87
261674
1335
sont produites chaque année.
04:23
And out of those, two million tons are of Nylon 66.
88
263426
3212
Sur ces cinq millions, le Nylon 6-6 en représente deux millions.
04:27
And these are used to make things like the textile fibers
89
267597
2711
Il est utilisé par exemple pour faire les fibres textiles
04:30
that we use in our winter jackets
90
270308
2419
qu’on retrouve dans les blousons d’hiver
04:32
or the plastic car parts
91
272769
1501
ou dans les pièces automobiles
04:34
that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.
92
274312
3712
qui réduisent le poids des véhicules et leur consommation.
04:39
Through our research,
93
279025
1168
Au cours de nos études,
04:40
we managed to identify electrochemical reaction mixtures
94
280235
3878
nous sommes parvenus à trouver des mélanges de réactions,
04:44
with the right additives and voltages
95
284155
2544
avec les additifs et les tensions adéquats,
04:46
to be able to transform raw materials into nylon precursors very selectively.
96
286741
4588
aptes à transformer des matériaux bruts en précurseur du nylon très sélectivement.
04:51
We achieved selectivity of more than 80 percent,
97
291830
2419
La sélectivité obtenue est supérieure à 80 %,
04:54
a value that is on par with commercial reactors.
98
294290
2419
soit autant que celle des réacteurs industriels.
04:56
But we didn't stop there.
99
296709
1794
Nous ne nous sommes pas arrêtés là.
04:58
While most electrochemical reactions operate
100
298545
2669
Comme la plupart des réactions électrochimiques
se déroulent dans un flux continu de courants électriques,
05:01
with a constant stream of electrical currents,
101
301214
2878
05:04
we knew that if we control the interactions
102
304092
3128
nous savions qu’en contrôlant les interactions
05:07
between the electricity input and molecules,
103
307262
2377
entre l’apport d’électricité et les molécules,
05:09
we could achieve a higher performance.
104
309681
2544
nous pourrions obtenir de meilleures performances.
05:13
To do that, we decided to start exploring different electrical pulses
105
313560
4337
Pour y parvenir, nous avons essayé différentes impulsions électriques
05:17
in the search for the right pulse sequence
106
317897
2294
pour trouver la séquence d’impulsion
05:20
that will deliver electrons at the same rate
107
320191
2544
qui fournirait des électrons au même rythme
05:22
that molecules could react.
108
322777
1794
que celui permettant aux molécules de réagir.
05:25
Since there were so many pulses that we needed to test,
109
325405
2586
Au vu du nombre important d’impulsions à essayer,
nous avons choisi de nous servir d’un petit nombre de résultats
05:28
we decided to then use a few number of results
110
328032
3003
05:31
from different pulses to train machine-learning models
111
331077
3587
de diverses impulsions pour initier des programmes d’apprentissage automatique
05:34
that then help us identify the appropriate pulse sequence
112
334706
3461
afin de trouver la séquence d’impulsion appropriée pour cette réaction.
05:38
for this reaction.
113
338209
1210
05:39
This was the first time
114
339752
1335
C’était la première fois
05:41
that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,
115
341087
3879
que l’intelligence artificielle a servi à optimiser une réaction électrochimique.
05:45
and the pulse sequence that we discovered
116
345008
1960
La séquence d’impulsion découverte
05:47
allows us to increase by 30 percent
117
347010
2043
nous a permis d’augmenter de 30 %
05:49
the production rate of these reactors.
118
349095
2127
le taux de production des réacteurs.
05:51
These large improvements in efficiency,
119
351973
2586
Ces améliorations de l’efficacité, de la sélectivité
05:54
selectivity and production rates are very important
120
354601
2752
et des taux de production sont cruciales
05:57
because they will ensure
121
357353
1460
car cela garantit la compétitivité des réactions électrochimiques
05:58
that electrochemical reactions are competitive
122
358855
2461
06:01
with fossil-fuel-powered ones which are already highly optimized.
123
361357
3337
face à celles à combustible fossile qui sont déjà très optimisées.
06:05
But hey, nylon is only one molecule
124
365236
2461
Le nylon n’est qu’une molécule d’un réseau
06:07
in a network of tens of thousands of chemical products,
125
367739
3336
composé de milliers de produits chimiques,
06:11
many of which you see in this diagram,
126
371117
2211
visibles en partie sur ce diagramme,
06:13
and many of which are a common occurrence in your daily lives.
127
373328
2961
dont beaucoup font partie de notre vie quotidienne.
Pensez aux plastiques des ordinateurs et des téléphones,
06:16
Just think of the plastics that are used to make your computers and phones,
128
376331
3545
06:19
or the pane that covers the walls around us,
129
379876
2669
aux vitrages des murs autour de nous
06:22
or the medicines that help us live a healthy life.
130
382587
2419
ou aux médicaments qui nous gardent en bonne santé.
06:25
We're going to have to decarbonize it all within the next 30 years.
131
385548
3712
Nous avons 30 ans pour tout décarboner.
06:29
That means that we're going to have to discover,
132
389260
3128
Ça signifie que nous allons devoir découvrir, développer
06:32
develop and deploy chemical processes much faster
133
392388
3504
et déployer des procédés chimiques beaucoup plus rapidement
06:35
than we did in the past century.
134
395934
1751
qu’au cours du siècle dernier.
06:39
To that end, my group at NYU is combining artificial intelligence
135
399395
4922
Pour y parvenir, mon équipe à l’université associe l’intelligence artificielle
06:44
with autonomous research tools
136
404359
2752
à des outils de recherche autonomes
06:47
to run hundreds to thousands of experiments per day.
137
407111
3712
pour conduire des centaines de milliers d’expériences chaque jour.
06:50
In this way, we hope to decrease the time from idea to discovery
138
410823
4672
De cette façon, nous espérons réduire le délai entre l’idée et la découverte
06:55
by more than 100 times.
139
415495
2043
de plus de 100 fois.
06:58
Beyond nylon,
140
418373
1251
À côté du nylon,
06:59
we're also looking into production processes
141
419666
3211
nous nous intéressons aussi aux procédés de production
07:02
to manufacture other chemicals
142
422919
1668
d’autres produits chimiques
07:04
like ethylene and propylene.
143
424587
2002
comme l’éthylène et le propylène.
07:06
These are the main precursors to most of the plastic in the world.
144
426631
3170
Ce sont les précurseurs principaux du plastique dans le monde.
07:10
Through electrochemistry,
145
430468
1210
Avec l’électrochimie,
07:11
we have managed to electrify already the most energy intensive steps
146
431719
5172
nous avons déjà réussi à électrifier les étapes les plus énergivores
07:16
on the production process of these chemicals:
147
436891
2127
des processus de production de ces produits.
Ces étapes représentent une part très importante de l’énergie
07:19
a set of processes that alone account for a very substantial amount of energy
148
439018
3796
07:22
in the chemical manufacturing industry.
149
442855
2169
consommée par l’industrie chimique.
07:25
We're also rethinking the way that we make our chemicals
150
445358
2753
Nous réexaminons aussi la façon de faire nos produits
07:28
and the chemicals supply chain,
151
448152
1669
et la chaîne d’approvisionnement
07:29
by developing new processes
152
449862
2002
en développant de nouveaux procédés
07:31
that can use and transform food waste into the chemicals
153
451864
3129
qui transforment les déchets alimentaires en produits chimiques
créés aujourd’hui à partir de pétrole.
07:35
that we make today from oil.
154
455034
1835
07:37
This can be done by extracting molecules from waste streams
155
457912
3378
C’est possible en extrayant des molécules des déchets
07:41
and using them as precursors to things like plastics,
156
461290
4714
pour s’en servir comme précurseurs pour les plastiques, les additifs,
07:46
additives, cosmetics and pharmaceuticals,
157
466045
2628
les produits cosmétiques et pharmaceutiques, et bien d’autres.
07:48
and many more.
158
468715
1376
07:50
And in this way,
159
470133
1167
De cette façon,
07:51
enhancing sustainability in chemical manufacture even further.
160
471300
3003
nous améliorons davantage la durabilité dans la production des produits chimiques.
07:55
The chemical industry is central to our modern economy
161
475430
2919
L’industrie chimique est essentielle à l’économie moderne
07:58
and to our ways of life.
162
478391
1501
et à nos modes de vie.
08:00
Decarbonizing it will take us several decades.
163
480309
2503
La décarbonation va prendre plusieurs décennies.
08:02
This will include things like
164
482812
2502
Cela passera par
08:05
retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,
165
485356
3712
la modernisation des usines afin d’utiliser l’électricité directement,
08:09
capturing and sequestering CO2 as it comes out of the gas flue stacks,
166
489110
4296
la séquestration et le stockage du CO2 à la sortie des cheminées,
08:13
and more importantly,
167
493448
1293
mais avant tout,
08:14
developing new chemical processes that are more efficient
168
494782
4004
le développement de nouveaux procédés chimiques plus performants
08:18
and can source electricity directly from clean sources.
169
498828
3337
qui peuvent être alimentés directement à partir d’électricité propre.
08:22
By accelerating research in electrochemical manufacturing,
170
502206
2711
En forçant les recherches sur l’électrochimie industrielle,
08:24
my team aims to develop some of these reactions
171
504959
2961
notre objectif est de développer certaines de ces réactions
08:27
and in this way help to transform the chemical industry
172
507962
2628
pour transformer l’industrie chimique,
08:30
one reaction at a time.
173
510631
1377
une réaction à la fois.
08:32
When we get there,
174
512508
1168
Quand on aura fini,
08:33
we will have been able to erase the carbon footprint
175
513718
2627
l’empreinte carbone de l’industrie chimique aura disparu.
08:36
of the chemical industry.
176
516387
1502
08:38
And while we won't be able to bring our tropical glaciers back,
177
518181
3003
Nous ne pourrons pas ramener nos glaciers tropicaux
08:41
we will have helped to develop a sustainable path
178
521184
2335
mais nous aurons agi à la durabilité pour le futur de notre planète.
08:43
for the future of our planet.
179
523519
1460
08:44
Thank you.
180
524979
1168
Merci.
(Applaudissements)
08:46
(Applause)
181
526147
2586
À propos de ce site Web

Ce site vous présentera des vidéos YouTube utiles pour apprendre l'anglais. Vous verrez des leçons d'anglais dispensées par des professeurs de premier ordre du monde entier. Double-cliquez sur les sous-titres anglais affichés sur chaque page de vidéo pour lire la vidéo à partir de là. Les sous-titres défilent en synchronisation avec la lecture de la vidéo. Si vous avez des commentaires ou des demandes, veuillez nous contacter en utilisant ce formulaire de contact.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7