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L’air comprimé inspire les architectes

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"L’air comprimé n’a pas rendu son dernier souffle ! Une start-up américaine travaille depuis cinq ans sur un moteur-compresseur qui minimise les effets indésirables de la compression tout en améliorant son rendement pour produire quatre types d’énergies réutilisables. De quoi donner des perspectives et des occasions d’innovation pour les architectes, qui travaillent dorénavant sur des bâtiments capables de performances globales, plutôt que sur une «simple» notion d’habitat."

Le renouveau d’une ancienne technologie

Il y a déjà un siècle, comprimer de l’air pour faire avancer les tramways nantais ou parisiens était une pratique courante. Pas de dégagement de fumée en ville, pas de câbles électriques au dessus de la motrice, les avantages n’étaient pas négligeables. Sauf que pour produire cet air à la pression de 80 bars, il fallait, à l’époque, brûler quantité de charbon dans des usines spécifiques**. Le bilan environnemental n’était donc pas si bon. Pas plus que la sécurité des véhicules qui devaient composer avec les conséquences thermiques de la pressurisation et dépressurisation de l’air : des dégagements forts de froid sur les mécaniques. Ces moteurs à faible rendement, de 30 à 40%, ont donc laissé la place aux solutions que nous connaissons actuellement.

Mais, quand on s’appelle Danielle Fong, qu’on a eu son High School Graduation [ndlr: équivalent du bac] à 14 ans, à 17 son diplôme de la Dalhousie University et nommée en 2012 comme la plus jeune membre du MIT TR35*, on ne se laisse pas décourager par de tels détails. A fortiori quand les enjeux sur la santé humaine, les ressources naturelles, du changement climatique et de l’environnement en général sont plus pesants que jamais. La jeune Canadienne a donc abandonné ses études dédiées à la fusion nucléaire, solution jugée trop long-terme, pour fonder en 2009 la start-up LightSail Energy, sur la base d’un brevet de moteur qui convertit l’électricité en air comprimé, pour le restituer plus tard sous forme de quatre énergies: chaud, froid, électrique et mécanique -la force motrice de l’air comprimé. Le tout sans en subir les conséquences thermodynamiques et avec de très hauts rendements. 77% en phase de compression et de détente en recyclant le chaud et le froid dans la chambre de compression. C’est la technologie brevetée R.A.E.S., pour Regenerative Air Energy Storage.

Cette innovation, qui ne demande pas de conditions géographiques particulières, -il y a de l’air partout !-, ne pollue pas et peut être alimentée en électricité issue de sources renouvelables, a séduit plus d’un investisseur parmi lesquels Bill Gates. Toujours est-il que Total Energy Ventures fait partie du tour de table des capital-riskers de la première heure, qui ont amené 57 millions de dollars à la start-up. Une décision d’investissement en droite ligne avec la vision Better Energy du groupe.

Du tramway aux bâtiments

Mais Total n’est pas la seule entreprise à s’intéresser au développement de la technologie air comprimé. L’agence nantaise d’architecture AIA y a vu une occasion de répondre aux problématiques de la ville de demain et des éco-quartiers. Il faut dire que la société s’est fixé, depuis sa création il y a cinquante ans, l’objectif de réaliser des synergies entre l’art architectural et la rigueur de l’ingénierie, métiers réputés -à tort- contradictoires.

Pour Laurent Rossez, Directeur Stratégie et Innovation chez AIA, «cette vision hybride de l’architecture va permettre de construire, ou de rénover, tout en tenant compte, non seulement des problématiques environnementales liées au milieu urbain, mais aussi des exigences des futurs clients telles que l’inclusion numérique et la transition énergétique. Les architectes ont des réponses pertinentes à ces enjeux».

L’agence a étudié beaucoup de technologies de stockage et distribution d’énergies intégrables dans les bâtiments d’habitation: électrochimie, stockage d’eau, batteries, électromagnétisme, volant d’inertie, etc. «Mais aucune d’elles n’offrait autant d’avantages et de sécurité que l’air comprimé» précise Laurent Rossez.

L’idée est donc d’intégrer cette technologie dans les bâtiments sans les pénaliser, mais au contraire de les valoriser, en utilisant les «vides opportunistes». C’est le concept Air4Power. 4 pour quatre types d’énergies exploitables dans un bâtiment d’habitation et de services tertiaires.

La chaleur: générée quand l’air est comprimé, elle peut être stockée à 87°C dans les parties basses du bâtiment. Il faut, dans ce cas, libérer le sol des fondations et donc inventer un plancher qui reporte les charges. Plus épais que la moyenne, il dispose d’alvéoles ou il est possible de stocker de l’eau froide et de l’air.

Le froid: peut circuler dans le bâtiment pour en assurer la climatisation, mais aussi remplacer des appareils de froid –réfrigérateurs et congélateurs-, en créant des armoires rafraichies.

L’air comprimé: capable d’assurer tout ou partie de fonctions mécaniques, comme des machineries d’ascenseurs, ou alimenter une flotte de véhicules fonctionnant à cette énergie.

L’électricité: relâché le soir, l’air comprimé produit en journée via les énergies renouvelables peut alimenter des générateurs électriques aux moments pertinents de la journée, ou être raccordé à des micro-réseaux locaux.

Pour Laurent Rossez, «tout est envisageable. Les solutions apportées par une technologie propre, légère et sûre, sont autant de pistes de créativité et d’innovation dans un secteur qui en a besoin».

Et la sécurité ?

Si on peut se poser la question de savoir si un bâtiment d’habitation «assis» sur un plancher de réservoirs d’air comprimé à 200 bars est prudent, Laurent Rossez rappelle que «nous vivons déjà avec la pression. Les recharges pour faire de l’eau gazeuse à domicile titrent 250 bars, les bouteilles de plongeurs 200, le gaz est depuis bien longtemps en ville et certains camions qui circulent contiennent des liquides inflammables sous pression de plus de 200 bars». Un risque plutôt maitrisé donc, d’autant plus que LightSail Energy a testé des réservoirs en fibre de carbone à 600 bars qui, poussés à trois fois la pression maximale de service, se sont éventrés, pour certains, mais n’ont pas explosé.

«Le très intégratif, celui que nous visons à long terme, demandera une forte maîtrise du risque et sera préalablement certifié par les labels européens en vigueur. Nous avons, d'ici-là, de nombreuses applications possibles à construire, moins intégratives, comme les innombrables bâtiments vacants, parfois classés, qui retrouvent une nouvelle vocation. Notre technologie ne faisant qu'emprunter des espaces sans travaux lourds nécessaires» conclut le Directeur Stratégie et Innovation d’AIA.

* liste créée par le MIT pour mettre en avant les meilleurs innovateurs en dessous de 35 ans dans leurs Technology Review

** comme les anciens établissements Sudac, classés depuis monuments historiques et devenus école d'architecture à Paris-Malaquais.

Vis ma vie de start-up :

Comme toutes les start-ups, c’est à dire les jeunes entreprises dont le modèle économique n’est pas encore pérenne, LightSail Energy fait face à deux enjeux majeurs. Trouver des fonds pour lancer l’activité, financer les développements techniques ou structurels et définir ce qui va lui faire gagner de l’argent à court ou moyen terme Mener des développements à la fois sur le moteur de compression et sur les réservoirs. La start-up réfléchit donc à utiliser et commercialiser toutes ses solutions, notamment celle des tanks en fibre de carbone, pour toute autre utilisation que celle initialement prévue.

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