Cet article fait partie des 112 cas de l’économie bleue.

Cet article fait partie d’une liste de 112 innovations qui façonnent l’économie bleue. Il s’inscrit dans le cadre d’un vaste effort de Gunter Pauli pour stimuler l’esprit d’entreprise, la compétitivité et l’emploi dans les logiciels libres. Pour plus d’informations sur l’origine de ZERI.

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Cas 42 : L’electricité au robinet

Mar 3, 2013 | 100 Innovations, Energie

Le marché

Le marché mondial des robinetteries sanitaires et de cuisine est estimé à 15 milliards de dollars en 2010. Cette gamme de produits bien définie, allant des robinets de cuisine et de salle de bains aux pommes de douche, en passant par les robinets, les mitigeurs de lavabo et les tuyaux, est devenue un marché en forte croissance. Ces outils mécaniques sont présents dans toutes les maisons dans le monde qui ont l’eau courante. Alors que les consommateurs de la classe moyenne augmentent en Asie et que les Européens améliorent leurs équipements domestiques, ce segment de marché apparaît comme l’un des premiers indicateurs de la croissance économique. La croissance de la Chine influence fortement ce marché de l’immobilier résidentiel et commercial. Le leader mondial du marché est Grohe AG, le fabricant allemand qui contrôle environ 10 % des ventes mondiales. La société de capital-investissement emploie quelque 5 000 personnes et possède des usines sur trois continents. Cette catégorie de produits de consommation nécessite près d’un million de livres de cuivre et de laiton transformés (un mélange de cuivre et de zinc, comprenant parfois du nickel et du manganèse) dans les raccords chaque année et en croissance. Ce volume représente 11% du marché mondial, dépassant la demande de ces métaux non ferreux par les machines industrielles. Les prix des matières premières, principalement le cuivre et le laiton, ont triplé au cours des dernières années, obligeant le secteur à adopter l’efficacité des matériaux et la substitution de matériaux afin de demeurer concurrentiel. Cela a conduit à une utilisation accrue du plastique. Bien que la croissance de la demande de cuivre et de laiton fasse grimper les prix, ces métaux jouent un rôle central dans le contrôle du biofilm. Les pathogènes comme le SARM (Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline) et Clostridium difficile, qui peuvent se propager par contact, meurent en quelques heures sur les surfaces en cuivre et en laiton. L’acier inoxydable ou les plastiques ne bénéficient pas de ce mécanisme de contrôle. Il est donc évident que les robinetteries sanitaires et de cuisine, soucieuses de la qualité et des performances, continueront à s’appuyer sur ces matériaux essentiels. Heureusement, le laiton est largement recyclé et, dans la plupart des pays occidentaux, les fabricants utilisent presque 100 % de ferraille.

L’innovation

La fusion de l’équipement de cuisine et de salle de bains avec l’électronique est devenue l’une des nouvelles tendances du secteur. Les capteurs infrarouges permettant des fonctions d’évacuation et d’arrêt de l’eau sans contact, ont tous permis des progrès supplémentaires en matière d’hygiène qui réduisent le risque de transfert de bactéries nocives, tout en assurant un meilleur contrôle de la consommation d’eau. L’inconvénient est qu’un produit mécanique traditionnel ayant une durée de vie supérieure à 40 ans, est maintenant soumis à des cycles de vie plus courts et à des coûts de maintenance plus élevés. En outre, une utilisation encore plus large dans l’immobilier privé et commercial augmente encore la consommation d’électricité, même lorsque son utilisation individuelle par point de contact semble marginale. Les professeurs Daniel Kwok et Larry Kostiuk de l’Université de l’Alberta, basés à Edmonton (Canada), ont observé comment certains atomes dans les solides sont libérés lorsqu’ils sont en contact avec un fluide en mouvement. Cela forme des électrons négatifs qui sont libres de se déplacer et crée des ions positifs. Certains s’écoulent avec le fluide quittant le solide avec une charge nette. Si le solide n’est pas conducteur, la charge est localisée. Ceci attire les ions chargés en sens inverse et repousse les ions également chargés, ce qui crée une fine couche chargée à l’intérieur des tuyaux. Les professeurs ont progressé dans leurs recherches en faisant couler de l’eau à travers de minuscules canaux de la taille d’une “double couche électrique” d’épaisseur, soit entre les nanomètres et les micromètres. Ce flux entraîne des charges de part et d’autre du canal, créant ainsi une tension entre les deux extrémités. Bien que la puissance générée par un seul canal soit extrêmement faible, des millions de canaux parallèles peuvent être utilisés pour augmenter la puissance électrique à des niveaux utiles. Tout comme la baleine réussit à pomper un millier de litres de sang à chaque battement de cœur, en s’appuyant sur 70 millivolts d’électricité produite dans ses cellules, cette idée pourrait un jour alimenter de plus gros appareils. L’application de ce concept de production d’électricité dans les appareils micro-électroniques offre la possibilité d’alimenter toute l’électronique qui alimente les robinetteries sanitaires et de cuisine, directement à partir de l’eau courante par des micro-canaux.

Le premier flux de trésorerie

L’Industrial Technology Research Center (ITRI), basé à Taiwan, étudie les possibilités d’utiliser l’écoulement de l’eau par des conduites pour produire de l’énergie destinée à des produits commerciaux. Les ingénieurs de l´ITRI ont récemment présenté des prototypes de robinets de salle de bains et de cuisine équipés d’un voyant LED indiquant visuellement si l’eau est froide, tiède, chaude ou trop chaude pour être utilisée. L’alimentation de ces capteurs de température et LEDs est générée par le débit de l’eau. Ces indicateurs lumineux ajoutent un élément de sécurité important à la microélectronique existante intégrée dans les robinets et les raccords. Cela crée de multiples avantages à partir d’une source d’énergie disponible (le flux d’eau) qui s’étend à la récupération de l’énergie par la production d’électricité, tout en faisant progresser la santé et la sécurité. C’est l’une des caractéristiques de l’économie bleue.

L’opportunité

L’ITRI a mis au point une série d’autres applications pratiques qui sont sur le point d’être commercialisées. Le tuyau d’arrosage utilisé par les pompiers était équipé des mêmes turbines génératrices d’électricité ainsi que d’une puissante DEL de 50 W qui éclaire le flux d’eau dans l’air, permettant ainsi aux pompiers de suivre sa direction exacte dans la flamme. Poursuivant sur la ligne de sécurité en cas d’incendie, les ingénieurs ont équipé les pulvérisateurs d’eau à l’intérieur des bâtiments qui sont activés par une alarme incendie avec le même dispositif. Cela permet de repenser l’ensemble du système et de surmonter l’un des plus grands défis de la gestion de la sécurité. Le dispositif de pulvérisation, lorsqu’il est activé, indique le chemin vers la sortie de secours grâce à une lumière vive alimentée par le flux d’eau. Puisque l’alimentation des appareils est générée par le flux d’eau lui-même, et que les lampes sont des LED très efficaces, ce système réduit la quantité de câblage, élimine les circuits électriques spéciaux avec une alimentation séparée, y compris les batteries étanches. En plus de ces applications de grande taille qui améliorent les performances de l’industrie du bâtiment sans stresser davantage les ressources électriques, ces appareils pourraient un jour alimenter les MEMS (systèmes micro-électromécaniques). Ces petits appareils alimentés à l’électricité sont utilisés dans les imprimantes à jet d’encre, les systèmes de déploiement d’airbags, les capteurs de pression, les dispositifs de commutation optique. Au fur et à mesure que les idées novatrices des professeurs Kwok et Kostiuk s’orientent du laboratoire à l’échelle industrielle et que l’ITRI fait évoluer ses stratégies commerciales vers la miniaturisation, cette nouvelle source d’énergie qui utilise les pouvoirs de la gravité et de la pression permettra d’alimenter les innovations futures localement. Il semble que cela offre une large plate-forme pour l’esprit d’entreprise.

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