L'accord de Paris oblige les pays participants à rapporter leurs émissions de gaz à effet de serre afin de déterminer les progrès réalisés à l'échelle mondiale en vue d'atteindre l'objectif zéro net. Cependant, à l'heure actuelle, la déclaration des émissions repose principalement sur des inventaires d'émissions calculés à partir de statistiques socio-économiques sur les activités et les facteurs d'émission. De plus, la compilation de ces données s'avère gourmande en ressources, prend beaucoup de temps et est liée à de nombreuses incertitudes - et donc insuffisante pour évaluer les mesures politiques en temps réel. C'est pourquoi Gerrit Kuhlmann, chercheur à l'Empa, explique dans une étude de cas publiée dans le nouveau "White Paper" de la SATW comment l'intelligence artificielle (IA) pourrait être utilisée en combinaison avec de nouvelles données d'observation de la Terre et des modèles du système terrestre pour surveiller efficacement les émissions de gaz à effet de serre. L'objectif de l'étude de la SATW était de montrer comment les nouvelles technologies peuvent réduire les effets négatifs du changement climatique en Suisse et rendre la société et l'économie plus résistantes.

Un système mondial de mesure des émissions de gaz à effet de serre sera un outil important pour contrôler les progrès vers une société "zéro net". C'est pourquoi des systèmes d'observation capables de fournir des informations précises, fiables et à l’échelle mondiale en temps réel sur les émissions anthropiques de gaz à effet de serre sont en cours de développement. Ces systèmes utilisent des mesures aériennes, satellitaires et terrestres. Des modèles analysent les données et calculent les émissions des pays, des centrales électriques et des installations industrielles. "L'IA joue un rôle important pour les systèmes globaux, car elle permet de traiter de grandes quantités de données en temps réel et avec précision", explique Gerrit Kuhlmann, chercheur à l'Empa. "Les algorithmes basés sur l'IA peuvent être utilisés pour créer des cartes globales des émissions de CO₂ et de méthane. Cela permet par exemple d'identifier des points chauds d'émissions ou de mieux estimer l'empreinte carbone des produits". Ces données permettraient à l'avenir de détecter rapidement les grands pollueurs et de déterminer leurs émissions de gaz à effet de serre.

Les experts ayant participé à l'étude de la SATW placent de grands espoirs dans les derniers développements autour de l'IA et des observations de la Terre par satellite afin de relever les défis climatiques. Pour que le potentiel de l'IA puisse être pleinement exploité, les auteurs de l'étude ont également formulé des recommandations à l'attention des décideurs politiques et administratifs, des universités et des institutions de financement ainsi que des entreprises. Il faudrait par exemple renforcer les capacités et l'expertise de l'IA des centres de compétences nationaux dans le domaine du climat et de la durabilité et garantir l'accès aux programmes de recherche internationaux tels que ceux de l'UE.

Selon Gerrit Kuhlmann, le développement de modèles pour un système mondial de surveillance des gaz à effet de serre nécessite un accès aux données mondiales d'observation de la Terre. "L'accès aux services du programme européen Copernicus est essentiel pour la Suisse afin de pouvoir continuer à faire de la recherche dans ce domaine". En effet, le programme d'observation de la Terre de l'UE est à la pointe des systèmes d'observation des gaz à effet de serre - notamment avec la prochaine extension des satellites d'observation de la Terre avec des satellites de mesure du CO₂ et du méthane ainsi que le système européen de surveillance et de vérification du CO₂. Ces développements sont notamment poussés dans le cadre de programmes de recherche internationaux comme "Horizon Europe", raison pour laquelle une participation aussi complète que possible est d'une importance capitale pour les chercheurs suisses.

Le changement climatique a des effets négatifs dans le monde entier - et la Suisse est particulièrement touchée. Plus de 70 spécialistes et chercheurs issus de 30 universités, autorités et entreprises industrielles suisses renommées ont voulu découvrir comment de nouvelles techniques et méthodes clés pouvaient rendre notre société et notre économie plus résistantes. Le résultat est une vaste étude (White Paper) ainsi qu'un résumé (Factsheet). Gerrit Kuhlmann, chercheur à l'Empa, y montre, à l'aide d'une étude de cas, comment l'IA pourrait être utilisée en combinaison avec de nouvelles données d'observation de la Terre et des modèles du système terrestre pour surveiller efficacement les émissions de gaz à effet de serre. Dans le cadre de ses activités liées à l'intelligence artificielle et à l'énergie et l'environnement, l'Académie suisse des sciences techniques (SATW) encourage les projets d'IA et identifie les technologies importantes pour la neutralité climatique et la sécurité d'approvisionnement en énergie.

Pour lutter contre le réchauffement climatique, de nombreux pays, dont la Suisse, se sont fixés pour objectif de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre à zéro d'ici 2050. Il ne s'agit toutefois que d'un objectif intermédiaire, car à long terme, il faut une solution globale permettant de réduire activement la concentration de CO₂ dans l'atmosphère. Avec "Mining the Atmosphere", l'Empa s'est fixé pour objectif d'extraire de l'atmosphère le CO₂ excédentaire produit par l'homme et de l'utiliser comme matière première pour des matériaux contenant du carbone. Il s'agit ainsi de créer un nouveau modèle économique mondial et les secteurs industriels correspondants, qui transforment le CO₂, matière première de l'avenir, en matériaux à valeur ajoutée afin de remplacer les matériaux de construction et les produits pétrochimiques traditionnels.

Le CO₂ atmosphérique capturé peut ensuite être converti en hydrocarbures à l'aide d'hydrogène et peut ainsi remplacer les matières premières fossiles, mais aussi d'autres matériaux. En termes simples, nous pouvons "valoriser" le CO₂ atmosphérique en utilisant ce gaz à effet de serre comme matière première pour une large gamme de matériaux carbonés, du kérosène au bitume pour l'asphalte de nos routes, en passant par les polymères et les produits pharmaceutiques.

Bien entendu, l'impact sur le climat est maximal lorsque les matériaux carbonés et les produits qui en sont issus pourraient fixer des milliards de tonnes de carbone au total, c'est-à-dire des matériaux qui sont transformés en très grandes quantités. C'est pourquoi, dans une première phase de "Mining the Atmosphere", l'accent est mis sur les matériaux de construction, tels que les agrégats à base de carbone pour le béton et l'asphalte ainsi que les matériaux d'isolation thermique. Ainsi, la nouvelle unité NEST "Beyond Zero" contiendra les innovations les plus diverses, négatives en termes de CO₂, afin de démontrer si et comment les bâtiments peuvent agir comme des puits de carbone à long terme.

Bien entendu, l'approche "Mining the Atmosphere" est extrêmement gourmande en énergie ; elle ne promet donc des solutions durables que si nous réussissons pleinement la transition énergétique vers les énergies renouvelables. En d'autres termes, il s'agit de la deuxième étape sur la voie d'un avenir durable. Mais la transformation du CO₂ en hydrocarbures à chaîne courte et longue n'est pas seulement très exigeante sur le plan énergétique, elle l'est aussi sur le plan chimique et catalytique. C'est pourquoi les chercheurs de l'Empa développent, entre autres, de nouveaux processus catalytiques et des matériaux catalyseurs nécessaires aux différentes réactions chimiques de conversion, des technologies énergétiques innovantes et de nouveaux matériaux de construction carbonés.

La série de vidéos et de livestreams présente les esprits brillants qui font naître des innovations fascinantes à l'Empa - dans le but de rendre la vie et le monde de demain plus durables.

Le 25 avril 2024, apprenez-en plus sur ce concept fascinant, les projets et les personnes qui se cachent derrière, lors d'une "édition spéciale" de "Bright Minds". Participez à la discussion (en anglais) et envoyez vos questions à l'avance à . Nous nous réjouissons de vous "voir" en ligne !

Pénurie d'énergie, crise climatique, montagnes de déchets d'une part – ressources en diminution d'autre part, société vieillissante : autant de défis complexes qui nous attendent. La recherche peut (et doit !) apporter sa contribution et élaborer de nouvelles approches technologiques, par exemple pour un approvisionnement énergétique durable et sûr ou une économie circulaire.

Quant à savoir si celles-ci seront largement acceptées par la société, c'est une autre histoire. La question centrale est la suivante : quels inconvénients sommes-nous prêts à accepter pour « acheter » certains avantages ? Même s'il ne s'agit « que » de changements de comportement ou de coûts élevés, comme c'est le cas, il faut le reconnaître, pour le nettoyage de l'atmosphère du CO₂ d'origine humaine selon la nouvelle initiative de l'Empa « Mining the Atmosphere ». Car ces dernières ne sont rien d'autre que nos « taxes de recyclage » impayées lorsque nous rejetons le CO₂ dans l'air en brûlant des énergies fossiles.

Ce discours doit inclure tous les acteurs de la société, c'est-à-dire être transdisciplinaire, et ne doit en aucun cas se limiter à la bulle scientifique et technologique. La pandémie nous l'a clairement montré.

Pour cela, un dialogue ouvert et basé sur la confiance est nécessaire. Notre journée portes ouvertes de la mi-septembre sur le nouveau campus de recherche « co-operate » en sera l'occasion. Le dernier numéro de Quarterly en donne un avant-goût. Je serais heureux de rencontrer l'un ou l'autre personnellement et d'en discuter avec vous.

Michael Hagmann
Head of Empa communication

Les bobines Tesla fascinent. Ces transformateurs électriques produisent une haute tension – avec des éclairs et une odeur d'ozone. Mais en raison de leur faible puissance, le spectacle lumineux reste généralement inoffensif, ce qui fait des bobines Tesla des aimants pour le public dans les musées et les spectacles de sciences naturelles.

Cette fascination a également été ressentie par Yanis Strüby et Silvio Müller, apprentis laborantins en physique à l'Empa en troisième année. Ils ont décidé de construire une bobine Tesla pour le concours des apprentis Züri-Oberland (LWZO). Les apprentis de l'Empa ne se sont toutefois pas contentés de produire des éclairs ; leur bobine devait aussi jouer de la musique. C'est ainsi qu'ils ont convaincu non seulement les experts mais aussi les autres apprentis lors du LWZO à Wetzikon en novembre dernier – et qu'ils ont remporté le prix du jury ainsi que le prix des participants.

Le chemin pour y arriver a été tout sauf facile. Le projet a dû faire l'objet de recherches, être planifié, calculé, fabriqué et testé. Les apprentis ont enroulé la bobine proprement dite à la main : près de 2000 spires, soit environ 350 mètres de fil de cuivre au total. « Nous devions être très prudents, car le fil était très fin et ne devait pas se rompre », se souvient Silvio Müller. « C'était notre premier grand projet personnel et certainement aussi une épreuve de patience », ajoute Yanis Strüby. « Mais nous y sommes parvenus – et nous avons appris que nous pouvions très bien travailler ensemble, même sous pression. »

Leur formateur Dominik Bachmann, ingénieur de recherche au laboratoire Empa « Transport at Nanoscale Interfaces », a encouragé les apprentis à participer au LWZO – mais l'idée de la bobine Tesla chantante, souligne Dominik Bachmann, leur est venue d'eux-mêmes. « Parfois, je devais d'abord me renseigner moi-même pour pouvoir répondre à leurs questions », sourit-il.

Les apprentis plus âgés ont également été une source d'inspiration : Sofie Gnannt et Nick Cáceres ont également gagné l'année précédente au LWZO et à d'autres concours. « Pour les apprentis, ces concours sont une expérience cool – et une bonne préparation pour le travail pratique individuel de fin d'apprentissage », explique Dominik Bachmann. Yanis Strüby et Silvio Müller ont également apprécié l'échange avec des apprentis de différents métiers. Ils ont déjà chaudement recommandé à leurs successeurs de participer au concours à leur tour.

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