Energie et climat
La recherche énergétique de l’Institut Paul Scherrer se concentre sur la recherche de procédés susceptibles d’être utilisés dans des technologies durables et sûres pour un approvisionnement en énergie si possible exempt d’émissions CO2. Les énergies renouvelables constituent un point fort important. A la plateforme ESI (Energy System Integration), la recherche et l’industrie peuvent tester des solutions d’intégration d’énergies renouvelables. Un autre point fort de ce domaine est l’utilisation sûre de l’énergie nucléaire. Ces activités sont complétées par des analyses d’évaluation globale des systèmes énergétiques. Le PSI mène également de la recherche climatique et environnementale sur les processus chimiques qui se jouent dans l’atmosphère.
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Attaques d’oléoducs et épidémies : des points communs
A quel point l’infrastructure énergétique globale est-elle vulnérable aux attaques d’acteurs non gouvernementaux ? Le nombre d’attentats a-t-il vraiment augmenté récemment ? Quelles sont les régions du monde particulièrement vulnérables ? Et quelles sont les tactiques utilisées par les assaillants ? Autant de questions auxquelles les scientifiques entendent trouver des réponses, à l’aide d’une base de données développée par les chercheurs de l’ETH Zurich en collaboration avec l’Institut Paul Scherrer (PSI).
L’hydrogène: un cheval de Troie dans la gaine du crayon combustible
Dans un réacteur nucléaire, l’eau se sépare en oxygène et en hydrogène au contact de la gaine contenant les pastilles de combustible, alors à haute température. Cet hydrogène peut pénétrer dans la gaine qui enrobe le combustible proprement dit, et la fragiliser mécaniquement. A l’aide de neutrons et de rayonnement synchrotron, des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) étudient le mécanisme de pénétration de l’hydrogène dans la gaine et l’effet qu’il peut y déployer.
Un mystère illuminé par un « état sombre »
Le carbone diatomique (C2) est une molécule présente dans toutes les flammes où se consume un combustible contenant du carbone. Identifiable dans la lumière visible, le C2 est à l’origine de la couleur bleue au cur des flammes de bougie, et pourrait jouer un rôle important dans la formation de la suie. A présent et pour la première fois, des scientifiques de l’Institut Paul Scherrer ont réussi à rendre visible un état énergétique du C2, resté invisible jusqu’à ce jour. Leur découverte ne revêt pas seulement un intérêt pour les chercheurs qui travaillent dans le domaine de la combustion, mais elle résout enfin une énigme centenaire concernant le spectre de cette molécule omniprésente.
Première: visualiser la glace dans les piles à combustible
A l’aide d’une méthode novatrice, des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont réussi une première : visualiser directement la répartition de la glace et de l’eau liquide dans une pile à combustible à hydrogène. Pour distinguer de manière très fiable les zones où se trouve de l’eau liquide de celles où se trouve de la glace, cette nouvelle technique d’imagerie utilise successivement deux faisceaux de neutrons, dotés chacun d’une énergie différente. La méthode ouvre ainsi une perspective : la possibilité d’analyser l’un des principaux problèmes lié à l’utilisation de piles à combustible pour la propulsion de véhicules. La glace peut en effet boucher les pores dans les piles, et ainsi entraver leur fonctionnement. Les scientifiques du PSI ont publié leurs résultats le 16 juin 2014, dans la revue «Physical Review Letters».
Le bricoleur de feu d’artifices devenu chercheur spécialiste des accumulateurs
Portrait de Patrick Lanz, doctorant au PSIPatrick Lenz a découvert sa fascination pour l’univers de la science et de la technique alors qu’il était encore écolier. Son père était électrotechnicien et possédait donc à la maison un assortiment bien fourni de composants électroniques. Mais le jeune Patrick ne se contentait pas de jouer avec ses voitures télécommandées, il démontait systématiquement ses jouets, à la recherche d’explications pour comprendre leur mode de fonctionnement. Plus tard, Patrick Lenz s’est mis aussi à démonter de petites piles, parce qu’il voulait comprendre « ce qui se passait à l’intérieur ». Il a peut-être accompli à cette époque le premier pas vers son travail actuel : chercheur spécialiste des accumulateurs.
Le rôle des ingrédients forestiers dans la formation des nuages
Les scientifiques savent qu’en termes de bilan, les nuages contribuent au refroidissement du climat de notre planète. Mais ils ne connaissent pas l’étendue précise de cet effet.Une nouvelle étude de l’expérience CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) au CERN fait à présent la lumière sur la toute première étape du processus de formation des nuages. Ce travail représente donc une importante contribution à une meilleure compréhension du lien entre nuages et climat. L’étude, menée sous la direction de chercheurs de l’Institut Paul Scherrer, paraît le 16 mai 2014 dans le magazine scientifique « Science ».
Des deux-roues très polluants
Dans certaines villes, la pollution de l’air est due davantage aux petits cyclomoteurs qu’aux voituresDans de nombreuses villes d’Asie, d’Afrique et du Sud de l’Europe, ce ne sont pas les voitures ou les camions, qui représentent la source la plus importante de poussière fine et d’autres polluants atmosphériques, mais les cyclomoteurs à 2 temps. C’est ce que montre l’étude d’une équipe internationale de chercheurs, menée par des scientifiques de l’Institut Paul Scherrer (PSI). Ces émissions élevées sont dues aux caractéristiques de la combustion dans les moteurs à 2 temps, d’autant plus que ces deux-roues sont soumis à des normes d’émissions encore trop peu sévères. Les résultats de l’étude sont publiés le 13.05.2014 dans la revue scientifique Nature Communications.
Ce sera quel composé aromatique, aujourd’hui?
La décomposition thermique est un procédé qui permet d’obtenir une sorte de la bio-huile à partir de la lignine, l’un des principaux composants des végétaux. Cette huile pourrait servir de carburant, si elle n’était pas aussi corrosive, et donc aussi difficile à stocker et à transporter. En la purifiant de l’oxygène responsable de l’effet corrosif, il serait possible d’obtenir de précieuses substances organiques, appelées composés aromatiques. A l’aide d’une large palette de catalyseurs, des chercheurs du PSI ont étudié la possibilité de produire ces composés aromatiques directement à partir de la lignine, de manière ciblée.
Deux en un : filtre à particules diesel et catalyseur de la réduction des oxydes d’azote
Filtrer la suie et réduire les oxydes d’azote au même endroit : cela fait quelques années que des ingénieurs travaillent à la combinaison de ces deux missions essentielles du traitement des gaz d’échappement dans les véhicules. Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer montrent que le projet n’est pas irréaliste. La suie, en tout cas, ne devrait pas faire obstacle à sa réalisation
Le savoir-faire en piles à combustible de l’Institut Paul Scherrer au cœur des nouveaux Minibars CFF
Le 4 avril 2014, les CFF lancent un nouveau modèle de Minibar dans leurs trains Intercity. Il sera équipé d’un système de pile à combustible, au développement duquel l’Institut Paul Scherrer a contribué. Grâce à ce système et en dépit des contraintes d’espace, le Minibar dispose à présent de suffisamment d’énergie pour préparer aussi des capuccinos et des latte machiato.
Coup d’envoi pour l’exploitation énergétique de la biomasse humide
Le 28 mars 2014, une nouvelle installation d’essai sera inaugurée à l’Institut Paul Scherrer, pour l’étude de la production d’énergie à partir de la biomasse humide. Logée dans un container, cette installation devrait produire du biogaz synthétique à partir de lisier, de boues d’épuration ou d’algues.
Quel que soit le type d’argile, les radionucléides adhèrent à la roche d’accueil dans le dépôt en couches géologiques profondes
Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer et de l’Académie hongroise des sciences ont travaillé conjointement, dans le cadre d’un projet de l’UE, afin d’étudier les propriétés de retention des roches argileuses dans un dépôt en couches géologiques profondes pour déchets hautement radioactifs. Les résultats de cette recherche montrent que les leçons apprises dans le cas de l’argile à Opalinus peuvent être transférés à l’argile de Boda, que l’on trouve en Hongrie.
Calculer l’empreinte écologique
Cela fait 10 ans que l’Institut Paul Scherrer exploite ecoinvent, en partenariat avec l’EPF Zurich, l’EPF Lausanne, l’Empa et Agroscope. En matière de bilans écologiques, cette banque de données est mondialement à la pointe. La troisième version d’ecoinvent, la plus récente, réunit à présent de nouvelles données dans des domaines comme la production d’électricité, l’agriculture, le traffic, l’industrie minière et les produits chimiques. Pour le secteur de l’électricité, qui revêt une grande importance dans les analyses de cycle de vie, la banque de données inclut désormais plus de 80% de la production globale. Et certaines technologies y ont désormais leur place, comme la géothermie profonde, qui n’avaient pas été prises en compte jusqu’ici. Résultat : des évaluations écologiques plus précises des produits et des services
L’énergie solaire concentrée pour du zinc recyclé plus pur
Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont fait la démonstration à l’échelle du laboratoire d’un processus thermique solaire de production d’oxyde de zinc (un composé important pour la technologie), à partir de produits recyclés du zinc. Le degré de pureté du produit solaire dépasse celui que permet d’obtenir la voie industrielle établie
La physique sur réseau : mieux comprendre les gaz confinés
La méthode Boltzmann sur réseau a vu le jour au début des années 1990. Objectif de cette méthode de calcul : résoudre l’équation de Boltzmann de manière numérique, c’est-à-dire à l’aide d’ordinateurs. Avec leur nouveau modèle, des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer élargissent à présent le domaine d’application de la méthode de Boltzmann sur réseau à des situations plus complexes. Avec leur travail, les scientifiques du PSI ouvrent la voie à des simulations informatiques plus réalistes de nombreux processus techniques complexes, par exemple dans les structures microporeuses de catalyseurs techniques, dans les filtres à particules diesel, les microréacteurs à combustion, ou encore dans les piles à combustible.
Mesures des aérosols dans le monde : des chercheurs du PSI contribuent à combler les lacunes
Les aérosols sont des particules de poussière fine en suspension dans l’atmosphère. Ils sont susceptibles d’influencer le climat : par absorption directe ou par diffusion du rayonnement solaire, ou encore en tant que germes de condensation pour la formation des nuages. Les climatologues s’efforcent de quantifier ces effets de manière exacte, et d’améliorer ainsi les modèles climatiques. Mais leur tâche est compliquée par le fait qu’il n’existe pas de réseau complet de stations de mesure d’aérosols, déployé sur l’ensemble du globe. Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer s’engagent pour permettre des mesures des aérosols en continu, là où les lacunes sont les plus importantes.
Dépôts en couches géologiques profondes : les pores de la roche se referment
On sait d’ores et déjà que certaines réactions chimiques modifieront les caractéristiques du dépôt en couches géologiques profondes, de même que celles de la roche environnante (roche argileuse). Mais dans quelle mesure, et avec quelles conséquences pour la sécurité ? Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer tentent de répondre à cette question, en combinant expériences et simulations informatiques.
Expériences au sein du nuage : l’influence de la suie sur le climat
Martin Gysel, chercheur au PSI, se voit remettre un prestigieux subside européen (ERC Consolidator Grant), pour mener des analyses sur le rôle de la suie au niveau de la formation des nuages et du réchauffement de l’atmosphère.
L’Institut Paul Scherrer dirige deux des pôles de compétence de la Confédération dans le domaine de l’énergie
Dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050, la Confédération et le Parlement ont décidé de renforcer l’encouragement de la recherche énergétique en Suisse. Dans ce cadre, il est prévu de mettre sur pied sept pôles de compétence travaillant en réseau : les Swiss Competence Centers in Energy Research (pôles de compétence interuniversitaire en recherche énergétique ou SCCER). Des institutions du Domaine des EPF, des universités et des hautes écoles spécialisées (HES) devraient s’allier, au sein des SCCER, avec des partenaires industriels. Objectifs : constituer de nouvelles compétences, et mettre au point des solutions novatrices dans certains champs d’action décisifs pour le tournant énergétique. Dans deux SCCER à dévolus au stockage de l’énergie et à la biomasse à qui ont déjà obtenu leur adjudication, l’Institut Paul Scherrer (PSI) est l’institution responsable. Ils se mettront au travail dès 2014.
La membrane pour pile à combustible de l’Institut Paul Scherrer est meilleure que son pendant du commerce
Lors de tests de laboratoire, une membrane novatrice pour pile à combustible, développée à l’Institut Paul Scherrer (PSI), a démontré une plus longue durée de fonctionnement que son pendant disponible dans le commerce. La percée a été rendue possible grâce au traitement d’un synthétique bon marché par irradiation, suivi d’un « greffage » de précieux additifs. Le synthétique ainsi modifié tient plus longtemps, et pourrait réduire de 50% à 80% les coûts de fabrication de la membrane. Celle-ci pourrait être utilisée, par exemple, dans des piles à combustible à hydrogène, ou dans des électrolyseurs, pour produire de l’hydrogène à partir d’eau.