Grande idée 1 : rendre les avions rechargeables
Tesla. Prius. Volt. L’industrie automobile est stockée avec de nouvelles conceptions radicales qui réduisent l’impact environnemental de la conduite. L’industrie aéronautique a amélioré progressivement l’efficacité énergétique pendant des décennies, mais elle a atteint le maximum du potentiel des conceptions actuelles et devra bientôt proposer une refonte aussi transformatrice. Et elle doit agir vite. Les voyages en avion vont exploser – plus que doubler d’ici 2031 – à mesure que les pays en développement deviennent plus prospères. Cette croissance pourrait grignoter toutes les autres améliorations que nous pourrions apporter en nettoyant les voitures ou les réseaux d’énergie.
Il existe plusieurs façons de s’attaquer au problème. La NASA repense la conception des avions en parrainant des concepts époustouflants comme la série D du MIT, dont le corps à double cylindre permet de monter les moteurs à l’arrière et de réduire la consommation globale de carburant d’environ 50 %. (Des systèmes de navigation plus intelligents pourraient permettre aux compagnies aériennes de suivre des trajectoires de vol plus courtes et plus directes. Et les petits avions à court rayon d’action pourraient un jour devenir électriques : la société slovène Pipistrel a mis au point un avion électrique à quatre places, dont le kilométrage est deux fois plus élevé que celui d’un avion similaire. « Toutes ces technologies convergent pour produire des capacités qui n’étaient pas imaginables il y a dix ans », déclare David Hinton, directeur adjoint de la recherche aéronautique à la NASA. Le ciel est la limite. -Clive Thompson
Big Idea 2 : Fuel the Planet with Micromachines
Harry Gray connaît ses électrons. En 1982, ce chimiste de Caltech a découvert que les électrons « creusent un tunnel » – c’est-à-dire qu’ils glissent sur de longues chaînes de molécules – à travers les protéines. Cette astuce s’avère être le souffle animateur de la vie ; c’est ainsi que les êtres vivants convertissent l’énergie en quelque chose qu’ils peuvent utiliser, depuis les plantes qui enferment l’énergie de la lumière du soleil dans leurs cellules jusqu’à pratiquement toutes les formes de vie qui brûlent des combustibles tels que le glucose pour produire de l’énergie. Tout cela est rendu possible par des molécules hybrides appelées métalloprotéines, qui combinent la flexibilité de changement de forme des protéines avec la capacité des métaux à catalyser des réactions chimiques.
Lorsque Gray a compris, il était déjà intéressé par l’énergie solaire. Si vous essayiez de développer un générateur d’énergie presque infiniment renouvelable, a-t-il réalisé, vous pourriez essayer de détourner un système piloté par les métalloprotéines comme la photosynthèse. Mais ça ne marcherait pas. La machinerie biologique est trop fragile et inefficace – et doit être resynthétisée toutes les quelques minutes pour fonctionner.
Si vous voulez une machine moléculaire qui produise de l’énergie de manière efficace et fiable, dit Gray, vous devez la construire vous-même. Lui et ses collègues envisagent des batteries à l’échelle microscopique avec des oxydes métalliques à une extrémité et du silicium à l’autre, construites comme des réseaux de métalloprotéines dans les membranes des cellules végétales. Les oxydes métalliques absorberaient les longueurs d’onde bleues de la lumière solaire et utiliseraient l’énergie pour séparer l’eau de mer en oxygène et en protons, tandis que le silicium absorberait la lumière rouge et combinerait les protons avec les électrons. C’est génial, car un proton combiné à un électron est en fait de l’hydrogène, qui peut être utilisé comme carburant. Version abrégée : de l’hydrogène libre à partir de la lumière du soleil. « Tout l’intérêt de notre travail consiste à trouver des molécules ou des matériaux très robustes, dit-il, qui dureront longtemps dans les centrales solaires. »
Ça pourrait même fonctionner. Les séparateurs d’eau artificiels sont déjà 10 fois plus efficaces que la photosynthèse naturelle, bien que la mise à l’échelle ne soit pas encore pour demain, les chercheurs cherchant de nouveaux catalyseurs pour conduire la chimie. (Les métaux exotiques qu’ils utilisent aujourd’hui sont coûteux et toxiques.) Gray est néanmoins optimiste. « Le système naturel a dû construire quelque chose qui pouvait réellement vivre », dit-il. « Tout ce que nous avons à faire, c’est de fabriquer du carburant. » Oh, et sauver la planète. -Thomas Hayden
Grande idée 3 : pulvériser des points d’accès Wi-Fi sur tout
L’ensemble de l’économie mobile est basée sur une hypothèse ténue – que nous serons en mesure d’accéder au web mobile, quand et où nous le voulons, à des vitesses toujours plus élevées. La réalité n’est pas si rose : nous avons déjà vu des opérateurs mobiles comme AT&T et Verizon cesser d’offrir leurs plans de données illimités – et la lutte pour la bande passante va être encore plus éreintante alors que le nombre de tablettes et de smartphones continue d’exploser.
L’accès limité est plus qu’une simple gêne, c’est une menace mortelle pour l’innovation. D’ici 2020, la technologie sans fil devrait avoir un impact mondial de 4,5 trillions de dollars. Mais la croissance dépend de notre capacité à passer à l’échelle. Nous avons besoin d’un accès qui corresponde au nombre d’appareils qui le demandent.
Le Wi-Fi facilement disponible pourrait contribuer à résoudre ce problème. Les entreprises d’Internet et de téléphonie commencent déjà à déployer des petites cellules – essentiellement de minuscules tours de téléphonie mobile qui servent le Wi-Fi en même temps que la 4G – dans les zones densément peuplées. Mais ces entreprises sont peu incitées à construire l’infrastructure massive nécessaire pour connecter le reste du monde.
Une entreprise a proposé une solution particulièrement audacieuse – une antenne Wi-Fi dans une bombe aérosol. Chamtech Enterprises a mis au point un liquide rempli de millions de nano-condensateurs qui, lorsqu’il est pulvérisé sur une surface, peut recevoir les signaux radio mieux qu’une tige métallique standard. Avec un routeur, les antennes de Chamtech peuvent communiquer avec un réseau de fibres optiques, recevoir des signaux de satellites ciblés et établir une chaîne avec des nœuds voisins, créant ainsi un réseau maillé de points d’accès Wi-Fi à large bande et à faible coût. Comme les antennes peuvent être peintes sur n’importe quelle surface, il n’y aura pas de phénomène de NIMBY-ism qui accompagne chaque nouvelle tour de téléphonie mobile. Si cela n’est pas assez fantastique, essayez ceci : Fini de maudire les AT&T. -Rachel Swaby
Grande idée 4 : transformer les déserts en centrales électriques
Ne pensez pas aux étendues arides comme le Sahara comme des terres désolées. Pensez-y comme des sources quasi infinies d’énergie propre. En six heures de jour, les déserts de la Terre absorbent plus d’énergie que l’humanité n’en utilise en un an. Aujourd’hui, un consortium improbable de politiciens, de scientifiques et d’économistes du pourtour méditerranéen a un plan pour l’exploiter. « Desertec » consisterait à installer des centaines de kilomètres carrés de centrales éoliennes et solaires dans les déserts du monde, reliées à des réseaux électriques pour acheminer une énergie fiable, renouvelable et abordable vers des régions plus exposées au soleil. Les planificateurs espèrent d’abord faire circuler l’énergie solaire de l’Afrique du Nord vers l’Europe. On estime que 1 300 kilomètres carrés de désert nord-africain pourraient répondre à 20 % des besoins énergétiques de l’Europe d’ici 2050. « Tout ce qui est nécessaire pour réaliser le concept Desertec est déjà là », déclare Thiemo Gropp, codirecteur de la fondation. Comme pour la plupart des grands projets d’infrastructure, les plus grands défis sont d’ordre politique. Les dirigeants nord-africains considèrent Desertec comme un créateur d’emplois, mais le printemps arabe a laissé les investisseurs incertains quant à la stabilité à long terme de la région. La crise économique européenne a épuisé le financement des travaux publics, et le continent est un enchevêtrement de réseaux électriques et de réglementations incompatibles. Pourtant, le concept Desertec pourrait voyager. Quatre-vingt-dix pour cent de la population mondiale vit à moins de 1 800 miles d’un désert. Les villes chinoises pourraient être alimentées par le Gobi, l’Amérique du Sud par l’Atacama. Là où il y a de la lumière, il y a de l’espoir.
-Andrew Curry
Big Idea 5 : Put Digital Displays in Your Eyes
Les smartphones nous ont donné une connexion permanente aux informations du monde. Mais pour accéder à ces informations, nous devons fixer nos gadgets, ce qui nous expose à des accrochages et à des compagnons de table mécontents. Et si nous pouvions accéder à toutes ces informations de manière transparente, sans risquer nos vies ou nos amitiés ?
Les cofondateurs de Google parlent d’une ligne directe dans nos cerveaux depuis 2002. Jusqu’à présent, ce qui s’en rapproche le plus est le prototype des Google Glass, des lunettes qui projettent des informations sur un écran tête haute, visible uniquement par celui qui les porte. Mais Babak Parviz, le fondateur du projet Glass, qui est également professeur associé à l’université de Washington, espère aller plus loin. Il propose un plan à long terme pour supprimer les lunettes encombrantes et construire un microsystème sur une lentille de contact. Grâce à des radios dont la largeur ne dépasse pas celle de quelques cheveux humains, il pense que ces lentilles peuvent augmenter la réalité et, accessoirement, éliminer le besoin d’écrans sur les téléphones, les PC et les téléviseurs à grand écran. « La seule chose que font ces écrans est de générer un motif sur votre rétine », explique Parviz. « Donc, si vous avez une lentille de contact qui fait cela, vous n’avez plus besoin d’aucun de ces écrans ». Un bonus : les lentilles pourraient agir comme un moniteur de santé persistant, en utilisant de minuscules biocapteurs pour analyser les cellules de votre œil. -S.L.
Grande idée 6 : déclarer la guerre aux astéroïdes entrants
Le film Armageddon a eu raison sur deux points : Premièrement, nous sommes terriblement mal préparés à l’arrivée d’un astéroïde. Et deuxièmement ? Le bon outil pour le bon travail. « Bruce Willis a apporté une contribution très importante à la défense planétaire », déclare Bong Wie, directeur du centre de recherche sur la déviation des astéroïdes de l’université d’État de l’Iowa. Vous voyez, Armageddon a aidé à populariser la théorie des explosions souterraines. Et Wie a un missile – le véhicule d’interception d’astéroïdes à hyper-vélocité – qui en fabrique une. A l’avant : un « intercepteur d’énergie cinétique ». À l’arrière : une bombe nucléaire. La partie cinétique s’enfonce dans le rocher, et la bombe le fait exploser en morceaux. Cela a plu à la NASA, qui a accordé à Wie une subvention de 100 000 dollars. La conception répond à l’un des plus grands défauts des bombes nucléaires dans l’espace. Si une bombe était lancée sur la surface d’un astéroïde, la matière fissile fondrait avant de pouvoir exploser, et une explosion isolée ne détruirait pas la cible. Le HAIV place la bombe à l’intérieur de la roche, où elle crée des chocs au sol, multipliant par vingt la force de l’explosion. Wie prévoit de tester le système, sans bombe, vers 2020, mais il affirme qu’il pourrait en faire décoller une en moins d’un an si une collision semblait imminente. « Beaucoup de gens dans notre communauté pensent qu’à chaque fois que nous en avons besoin, nous pouvons simplement assembler le système dont je parle », déclare Wie. Cela coûterait 500 millions de dollars, mais c’est quelques grains de poussière d’étoile par rapport à la fin de la civilisation telle que nous la connaissons (et 50 millions de dollars de moins que les recettes mondiales d’Armageddon).
-Ben Paynter
Grande idée 7 : construire des gratte-ciel en diamants
C’est l’un des matériaux les plus durs de l’univers. Il est totalement transparent, pratiquement sans frottement, chimiquement inerte, et un excellent conducteur de chaleur. Et il est fait d’un des éléments les plus communs : le carbone. Le diamant – un simple cristal de carbone, en fait – est extrêmement utile dans des domaines allant de la microélectronique au traitement de l’eau. Malheureusement, les gros diamants sont également extrêmement rares. Mais imaginez si ce matériau était aussi omniprésent que l’acier.
Stephen Bates pourrait bien faire en sorte que cela arrive. En plus de travailler pour des endroits comme la NASA et Princeton, ce compagnon scientifique de 64 ans a passé quelques années chez General Motors, où il a construit un moteur à piston transparent en utilisant du saphir, donnant une vue sans précédent de l’écoulement des flammes et des gaz. Ce moteur en saphir a fait réfléchir Bates sur le diamant. « Tout ce que vous pouvez faire avec du saphir fonctionnerait mieux avec du diamant, si vous pouviez vous le permettre », dit-il.
Après s’être plongé dans la recherche sur la synthèse de cristaux dans des films minces via un processus appelé dépôt en phase vapeur, Bates a breveté une méthode pour faire la même chose pour les diamants. Le concept est simple : Il s’agit de placer des grains de diamant, un produit industriel bon marché, dans un moule contenant du fullerène C60 vaporisé, une cage en forme de ballon de football composée de 60 atomes de carbone. Puis on fait sauter le tout avec un faisceau laser. Le fullerène se brise, et le carbone se condense entre les particules de diamant, les fusionnant effectivement en une masse relativement solide.
Même si la méthode s’avère techniquement et économiquement réalisable, le matériau résultant serait poreux, et personne ne sait vraiment quelles propriétés aurait un diamant poreux. La première étape consiste pour Bates à acquérir un laser pulsé à 100 000 dollars. Mais si ça marche ? Imaginez des fondations en diamant sous votre maison, des poutres en diamant dans les gratte-ciel, des os en diamant dans vos jambes et des pièces en diamant pour les avions et les vaisseaux spatiaux. Mais ne prévoyez pas une maison entièrement en diamant : des murs faits du meilleur conducteur de chaleur au monde rendraient l’endroit plutôt glacial. -Ted Greenwald