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

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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 nĂ© et j’ai grandi Ă  Caracas dans les annĂ©es 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 trĂ©sors naturels, des plages aux forĂȘts 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 trĂšs 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 premiÚres 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 cĂŽtĂ©, c’est la ressource qui a permis le dĂ©veloppement 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 pĂ©trole et du gaz naturel
01:19
to clean sources of electricity;
29
79159
2377
vers des sources d’électricitĂ© 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 bùtiments.
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’ĂȘtre mises en place.
01:37
The bad news is that even if we do all of these things,
35
97135
2961
Malheureusement, mĂȘme 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 Ă©conomie qui devront ĂȘtre dĂ©carbonĂ©s
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 procĂ©dĂ©s de fabrication
01:52
that are used to make everything that surrounds us,
41
112067
2961
qui servent Ă  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 bñtiments 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 ĂȘtes 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 reprĂ©sente Ă  elle seule 10 % de l’énergie consommĂ©e
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 Ă©missions de CO2 de l’industrie.
02:26
These emissions arise from the use of fossil fuel combustion
51
146017
3837
Ces Ă©missions 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 problĂšme consiste Ă  se servir de l’électricitĂ©
02:40
instead of heat from fossil fuels
55
160532
1793
Ă  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 paraüt simple, non ?
02:45
Just unplug the natural gas pipelines, plug in the electrical wire,
58
165829
4754
Il suffit de fermer l’arrivĂ©e de gaz et de brancher un cĂąble Ă©lectrique
02:50
and make sure that you source electricity from clean sources like solar,
59
170583
3587
en s’assurant que l’électricitĂ© soit issue de sources propres
comme le solaire, l’éolien ou le nuclĂ©aire.
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 ĂȘtre alimentĂ©es directement avec de l’électricitĂ©.
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 Ă©quipe Ă  l’universitĂ© 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 crĂ©er des liens directs entre de l’électricitĂ© et des molĂ©cules.
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’électricitĂ© 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 rĂ©acteurs
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 trĂšs faibles.
03:33
But the problem is
73
213668
1168
Il y a un problĂšme :
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 ĂȘtre plus efficaces et ne pas coĂ»ter plus cher
03:40
than the heat-powered ones that we use today.
76
220467
2460
que celles rĂ©alisĂ©es aujourd’hui Ă  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 trÚs efficace et trÚs 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 polymÚres 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 piĂšces 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 Ă©tudes,
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 trÚs 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 arrĂȘtĂ©s lĂ .
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 contrîlant les interactions
05:07
between the electricity input and molecules,
103
307262
2377
entre l’apport d’électricitĂ© et les molĂ©cules,
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 sĂ©quence d’impulsion
05:20
that will deliver electrons at the same rate
107
320191
2544
qui fournirait des Ă©lectrons au mĂȘme 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 rĂ©sultats
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 sĂ©quence d’impulsion appropriĂ©e pour cette rĂ©action.
05:38
for this reaction.
113
338209
1210
05:39
This was the first time
114
339752
1335
C’était la premiĂšre fois
05:41
that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,
115
341087
3879
que l’intelligence artificielle a servi Ă  optimiser une rĂ©action Ă©lectrochimique.
05:45
and the pulse sequence that we discovered
116
345008
1960
La sĂ©quence d’impulsion dĂ©couverte
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 amĂ©liorations de l’efficacitĂ©, de la sĂ©lectivitĂ©
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 trÚs optimisées.
06:05
But hey, nylon is only one molecule
124
365236
2461
Le nylon n’est qu’une molĂ©cule d’un rĂ©seau
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 dĂ©couvrir, dĂ©velopper
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 siùcle dernier.
06:39
To that end, my group at NYU is combining artificial intelligence
135
399395
4922
Pour y parvenir, mon Ă©quipe Ă  l’universitĂ© associe l’intelligence artificielle
06:44
with autonomous research tools
136
404359
2752
Ă  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’expĂ©riences chaque jour.
06:50
In this way, we hope to decrease the time from idea to discovery
138
410823
4672
De cette façon, nous espĂ©rons rĂ©duire le dĂ©lai entre l’idĂ©e et la dĂ©couverte
06:55
by more than 100 times.
139
415495
2043
de plus de 100 fois.
06:58
Beyond nylon,
140
418373
1251
À cĂŽtĂ© 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’éthylĂšne et le propylĂšne.
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 Ă©tapes reprĂ©sentent une part trĂšs 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
consommĂ©e 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 chaüne 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
crĂ©Ă©s aujourd’hui Ă  partir de pĂ©trole.
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 molĂ©cules des dĂ©chets
07:41
and using them as precursors to things like plastics,
156
461290
4714
pour s’en servir comme prĂ©curseurs pour les plastiques, les additifs,
07:46
additives, cosmetics and pharmaceuticals,
157
466045
2628
les produits cosmĂ©tiques 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 Ă  l’économie moderne
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and to our ways of life.
162
478391
1501
et Ă  nos modes de vie.
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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’électricitĂ© 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,
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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 ĂȘtre alimentĂ©s directement Ă  partir d’électricitĂ© 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,
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one reaction at a time.
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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 planÚte.
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
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