AGENDA  

Aucun évènement à venir!
   

IESF  

iesf

   

lu pour vous numéro 50

Détails

"Lu pour vous" numéro 50*

Sommaire :

Technologie : mieux que le Wi-Fi, voici l'Internet par la lumière

lpv503Baptisé Li-fi, une technologie permet de transférer les données d'Internet vers vos équipements non plus par les ondes radios (le Wi-Fi), mais via l'éclairage d'ampoules à LED. A la clé, des débits deux fois plus rapides !

Pour « surfer « sur le Web, vous connaissiez le Wi-Fi. Voici peut-être son futur remplaçant, le Li-fi (la contraction de light fidelity), développé par une vingtaine de laboratoires dans le monde depuis sept ans et en voie de commercialisation. Comme le Wi-Fi, cette nouvelle technologie sans fil sert à transférer des données numériques, par exemple depuis une box Internet jusqu'à votre tablette tactile. Mais alors que le Wi-Fi achemine les informations par les ondes radios, le Li-fi utilise, lui, des faisceaux lumineux. A savoir, la lumière directe de nos éclairages. Avec des avantages spectaculaires à la clé...

Le principe ? Pour se connecter, il suffit de se trouver dans une pièce éclairée par une lampe à diodes électroluminescentes (LED), comme celles qui se multiplient dans nos foyers. Un commutateur va alors permettre à la box Internet de communiquer avec la lampe, en convertissant les informations numériques du Web (codées suivant une suite de 0 et 1) en impulsions électriques, puis en oscillations lumineuses (voir infographie). Ces oscillations émises par les LED sont ensuite décodées directement par un ordinateur, par exemple, équipé d'une puce spéciale Li-fi ou d'une clé USB. Et le tour est joué !

« C'est comme du morse, résume Cedric MAYER, directeur général d'Oledcomm, le pionnier français du Li-fi, issu des laboratoires d'ingénierie de l'université de Versailles. Lorsque les LED sont allumées, elles émettent un 1 et lorsqu'elles sont éteintes, un 0 ». Comme elles sont capables de répéter l'opération jusqu'à 100 milliards de fois par seconde, l'œil humain ne s'aperçoit de rien. Et avec cette haute fréquence d'oscillations, de l'ordre du Téra hertz (10 puissance 12 Hz), les données circulent dans des tuyaux quatre fois plus larges que le Wi-Fi. Du coup, les débits s'en ressentent : ils peuvent atteindre jusqu'à 1,3 gigabits par seconde (contre 600 mégabits pour le Wi-Fi). De quoi transférer l'intégralité d'un DVD en une poignée de secondes !

 

Ce n'est pas là le seul intérêt du Li-fi.... Cette technologie a aussi l'avantage de ne pas exposer les utilisateurs à des champs électromagnétiques, contrairement aux ondes radios émises par le Wi-Fi. En s'affranchissant de ces ondes, le Li-fi peut également faire entrer les réseaux sans fil dans des lieux jusqu'alors privés, comme les avions ou les hôpitaux, à cause des risques d'interférences. En plein air, cette technologie pourra aussi révolutionner la signalisation urbaine, en utilisant l'éclairage public pour informer les piétons et les automobilistes. Une expérience a déjà permis à deux voitures équipées de phares à LED, distantes d'une cinquantaine de mètres, d'échanger des informations !

 

Certes, la technologie a aussi ses contraintes. Ainsi, lorsqu'un obstacle s'interpose devant le faisceau lumineux, la connexion est coupée, car contrairement au Wi-Fi, le Li-fi ne passe pas à travers les murs.... Mais, en contrepartie, il accroît la sécurité des échanges, car il est impossible de pirater une connexion Li-fi depuis l'extérieur du bâtiment.

Reste que pour pouvoir surfer sur le Web avec le Li-fl, il faudrait patienter jusqu'à l'an prochain : l'interface d'échange entre le modem et le commutateur n'est pas complètement finalisée. Ceci dit, en attendant cette mise en vente, les mélomanes pourront profiter du Li-fi dès le mois de septembre ; un premier système baptisé MyLeo et commercialisé par Oledcomm, proposera en effet d'écouter de la musique en pilotant grâce à un Smartphone, une lampe à LED qui transférera des chansons vers un haut-parleur sans fil. L'application est moins bluffant qu'Internet diffusant à partir d'un lustre, mais elle donne un aperçu de l'éventail des possibilités de cette nouvelle technologie.

Source : Science et Vie, n° 1148, mai 2013, signé Stéphane BERGE

Physiologie : pour choisir sa fleur, le bourdon se fie à son champ électrique

lpv504Entre les bourdons et les fleurs, c'est décidément une histoire d'électricité ! On savait déjà que les premiers étaient chargés positivement, et les seconds négativement, cela favorisait le transfert et l'adhésion du pollen des fleurs sur le corps des bourdons lors de leurs visites. Mais Dominic CLARKE et Heather WHITNEY (université de Bristol, Angleterre) viennent de révéler que le rôle de l'électricité va bien au-delà de cette attraction passive. En observant le comportement des bourdons autour de fleurs artificielles, électriquement chargés ou non, les biologistes ont démontré que les bourdons étaient capables de détecter le champ électrique de la fleur, et de s'en servir pour optimiser leur récolte de nectar. Selon les chercheurs, le passage d'un bourdon s'accompagne pendant quelques minutes d'une perturbation du champ électrique de la fleur qui pourrait indiquer aux insectes suivants qu'elle a déjà été visitée, et qu'il est donc inutile de la butiner. Avec cette expérience, le champ électrique est à ajouter au nombre des artifices floraux (couleurs, formes, parfums) qui permettent à un insecte de choisir sa fleur.

Source : Science et Vie, n° 1148, mai 2013, signé E.H.

Technologie : une nouvelle génération de cellules photovoltaïques.

lpv505C'est l'une des sources d'énergie les plus prometteuses pour l'avenir.
D'après les derniers chiffres publiés en mai 2012 par ERDF, notre pays a installé pour 3 gigawatts(GW) de panneaux solaires. L'objectif fixé lors du Grenoble de l'environnement en 2007 - 5,4 GW en 2020 - sera, selon toute vraisemblance, largement dépassé.
La vitesse de développement va dépendre des performances de la filière. Comment faire pour améliorer sa compétitivité ?

Deux options sont envisagées. Premièrement, réduire la consommation des matériaux utilisés pour fabriquer les panneaux. Deuxièmement, augmenter les rendements, la proportion de lumière solaire que l'on réussit à convertir en électricité pour une surface de panneau donné. De nombreuses équipes de recherche sont en quête de « ruptures technologiques ». Notre groupe développe, depuis 2009, une approche unique au monde. Elle vise à réduire la consommation de matériaux, toit en augmentant leurs rendements, grâce à la technique de concentration de la lumière.

La plupart des cellules photovoltaïques sont constituées d'un empilement de semi-conducteurs. Dans ceux-ci, les photons peuvent communiquer directement leur énergie aux électrons. Des électrodes placées sur les deux couches de semi-conducteurs, collectent ensuite les électrons, qui fournissent un travail extérieur, avant de revenir dans la cellule photovoltaïque à leur énergie initiale. La conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique se fait sans intermédiaire : c'est l'effet photovoltaïque.

Pertes d'énergie. Comme tout dispositif de ce genre, une cellule solaire est soumise à quatre types de pertes : toute l'énergie lumineuse n'est pas convertie en énergie électrique.
Les premières pertes se produisent avant l'entrée de la lumière dans la cellule. En effet, certains photons sont réfléchis par la surface.
Deuxième type de pertes : quand les photons pénètrent dans la cellule, certains n'arrivent pas à communiquer leur énergie aux électrons.
Troisième source de perte, certains électrons n'ont pas assez d'énergie pour parvenir au circuit extérieur, ils dissipent alors cette énergie sous forme de chaleur. Enfin, dernier type de perte, les pertes résistives : le courant électrique qui circule dans le semi-conducteur se transforme inévitablement, pour partie, en énergie thermique à cause de la résistance électrique du matériau (effet Joule).

A ce jour, près de 90% des cellules sont fabriquées à partir de plaquettes de silicium, l'un des éléments les plus abondants sur Terre. Mais cette filière nécessite beaucoup de matière : il faut en effet 5 grammes de silicium pour produire 1 watt de puissance électrique.
Depuis quelques années, une seconde génération de cellules photovoltaïques émerge : les cellules en couches minces. Elles sont constituées d'un empilement de couches de matériaux, dont l'épaisseur totale est de l'ordre de quelques micromètres. Elles sont plus simples à préparer et bien plus économes en matière que celles en silicium : on atteint des quantités de matériaux inférieures à 1 milligramme par watt de puissance électrique.

lpv506Les meilleures performances de ces cellules sont obtenues avec un alliage de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium (désigné par CIGS). Ces cellules atteignent aujourd'hui des rendements comparables à ceux du silicium. Une autre technologie est fondée sur le tellure de cadmium (CdTe). Mais la disponibilité de certains éléments contenus dans ces alliages, comme l'indium et le tellure sont des éléments rares.

Dans notre laboratoire, nous étudions la possibilité de réduire l'épaisseur des couches de CIGS de 2 micromètres à 0,1 micromètre, soit d'un facteur de 20. Nous étudions aussi de substituer l'indium par d'autres éléments chimiques (zinc, étain). Mais les performances sont encore insuffisantes.

A partir de 2009, nous avons recherché une solution dans une autre voie : explorer la piste de la concentration lumineuse. Pour concentrer la lumière, il faut utiliser un système optique, loupe ou lentille, qui permet de former une tache lumineuse petite et intense. Quand ces taches couvrent 1% de la surface du panneau, la lumière se trouve concentrée 100 fois. La quantité de matériaux nécessaires se trouve réduite d'autant, pour une production électrique équivalente à celle d'un panneau classique.
Plutôt que de placer des cellules sur toute la surface du panneau, nous les mettons ainsi uniquement là où les lentilles concentrent la lumière.

Par ailleurs, la concentration lumineuse permet d'augmenter le rendement des cellules solaires. En effet, l'énergie électrique fournie par une cellule solaire est un équilibre entre une source, la lumière incidente, et des pertes, les recombinaisons. Plus on concentre la lumière arrivant sur une cellule solaire, plus le photo courant augmente ; cette augmentation se fait de manière linéaire. Les recombinaisons, elles, progressent beaucoup plus lentement : leur proportion devient donc de plus en plus petite, ce qui augmente le rendement. Mais, il y a des limites : les problèmes thermiques et les problèmes résistifs.

Pour des cellules en couches minces classiques, ces effets thermiques et résistifs sont trop forts pour que nous puissions utiliser des flux lumineux intenses. La miniaturisation des cellules changent toutefois radicalement la situation.

Notre idée était d'avoir des cellules dont les dimensions latérales sont les plus petites possibles, en tous cas inférieures à 100 micromètres. Pour couvrir toute la surface du panneau photovoltaïque, il faut ainsi mettre plus de cellules. Mais comme les microcellules évacuent mieux la chaleur que les grandes, leur échauffement, à intensité lumineuse équivalente, est moindre. Ainsi, quand une cellule d'un diamètre de 1 centimètre subit une augmentation de température de 1 000°C sous une certaine intensité lumineuse, une cellule de 10 micromètres de diamètre, elle, chauffera seulement de 1°C sous la même illumination.
Là, ou la cellule de 1 centimètre serait complètement détruite, la cellule de 10 micromètres fonctionnera normalement.

A cet effet thermique s'ajoutent les effets résistifs. Les pertes résistifs détériorent le fonctionnement des cellules. Ces pertes limitent l'augmentation du rendement que l'on obtient en concentrant la lumière.

Microcellules.
A l'inverse, plus la résistance est faible, plus le rendement maximal sera élevé. Là encore, c'est en diminuant la taille des cellules que l'on arrive à ce résultat. Ainsi une cellule solaire de 100 micromètres de rayon a aussi peu de pertes résistives sous un flux lumineux concentré 10 000 fois qu'une cellule de 1 centimètre de côté sous une lumière non concentrée. Les cellules en couches minces miniatures sont donc adaptées à un fonctionnement sous des flux lumineux intenses.

En 2011, nous avons fabriqué des prototypes de microcellules solaires CIGS de 3 micromètres d'épaisseur totale et de 50 micromètres de diamètre. Ils ont été réalisés en étroite collaboration avec les équipes de Jean-Luc PELOUARD, du laboratoire de photonique et nanostructures de CNRS, et celle de Frédéric DONSANTI, de l'Irdep. Nous les avons ensuite testés avec des lumières laser, dans des conditions équivalentes au rayonnement solaire. Sous lumière non concentrée, leur rendement est de 16%. En les miniaturisant et en utilisant une lumière concentrée 475 fois, nous avons obtenu un rendement équivalent solaire de 21,3%. Soit une augmentation de rendement de plus de 30%, pour une cellule consommant 475 fois moins de matériaux.

Une telle concentration sur des couches minces est une première mondiale. Nos résultats sont d'autant plus remarquables qu'ils ont été validés par les premiers tests sous éclairement réel solaire concentré que nous avons réalisés au laboratoire CNRS-PROMES, à Odeillo, dans les Pyrénées orientales.

Source : la Recherche, n° 472, février 2013, par Myriam PAIRE, Jean-François GUILLEMOLES et Daniel LINCOT, de l'Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque(Irdep), unité mixte de recherche CNRS-EDF-Chimie Paris Tech.

Sciences : nouveau record pour l'avion solaire.

lpv507C'était un challenge pour le pilote, plus de 20 heures de vol non-stop. A la deuxième étape programmée pour la traversée des USA, l'avion solaire « Solar Impulse » a établi un nouveau record, en volant sur plus de 1500 kilomètres.
Le 22 mai, l'avion (mut uniquement par l'énergie du soleil) a volé en 18 heures et 21 minutes de Phoenix (Arizona) à Dallas(Texas). Son précédent record, en 2012, en Suisse, a été de 1116 km.

Avec une envergure de 64 mètres (égale à celle du Boeing 777) il est mut par 12 000 cellules solaires.
La traversée des Etats-Unis doit prouver les capacités de l'avion. Le pilote doit rester éveillé pendant plus de 20 heures, sans autopilote. Avec l'énergie collectée durant la journée, l'avion peut aussi voler la nuit jusqu'à une hauteur de 8 230 mètres et se recharger le lendemain.

Source : Der Spiegel, on-line du 23/05/2013, signé CHS/AFP

Innovations : homme contre machine

lpv508La révolution digitale détruit-elle plus d'emplois qu'elle en crée ?
Des économistes américains craignent que le progrès technologique extraordinaire puisse déclencher une crise structurelle mondiale du marché du travail.

McAfee et Erik BRYNJOLFSSON du Center for Digital Business du MIT ont examiné le flot des innovations technologiques de ces dernières années et commentent dans un livre l'effet direct de cette révolution sur l'ensemble de l'économie. Mais la conclusion est différente de celle attendue initialement, et pour cela attiré l'attention des hommes politiques, des économistes et des experts en technologie.

La révolution digitale détruirait des emplois plus rapidement qu'elle en créerait de nouveaux !
Cette évolution est évidente depuis environ une décennie .A part de la crise financière, les économies occidentales sont menacés par de nouveaux problèmes par un « décalage tectonique dans le monde du travail ». Même les pays asiatiques ne restent pas épargnés.
Evidemment, les progrès réalisés ont créé des millions de nouveaux emplois dans le monde, mais les ravages déclenchés dans d'autres secteurs, seront en final plus importantes.

lpv501Aux Etats-Unis, les statistiques concernant les chiffres du chômage semblent confirmer que malgré un meilleur climat économique et une consommation accrue, la création de nouveaux emplois reste en dessous de l'espérance.

Ces dernières années, les progrès se sont accélérés ; aujourd'hui, un Smartphone a une puissance de calcul supérieure au meilleur PC d'il y a sept ans. La liste des activités dans lesquelles l'homme est meilleur que la machine baisse rapidement.
La productivité de la plus grande économie mondiale croît rapidement, mais le nombre d'emplois stagne. Quand l'économie est en croissance, suivant la règle générale valable, le chômage devrait diminuer en même temps, de un pour cent pour chaque augmentation de la croissance de trois pour cent. Suivant cette règle, aujourd'hui, aux Etats-Unis, le plein emploi devrait être presque atteint. A la place, déjà avant la crise, il n'y a pas eu de création d'emplois additionnels malgré une très forte croissance de la productivité.

Les anciennes lois, ne seraient elles plus valables ? Apparemment non, quand de plus en plus on produit à l'aide des machines, pense McAfee. « C'est la définition de l'automatisation : le même travail s'effectue avec moins de travailleurs »

Tous les économistes ne sont pas convaincus. Ils pensent que l'économie et le marché du travail se trouvent dans une période de transformation, à la fin de laquelle s'établira un nouvel équilibre.

Mais il y a une différence par rapport aux anciens progrès technologiques ; jusqu'ici, c'est le travail manuel qui était remplacé par des machines, par exemple le travail à la chaîne par les robots. Mais cela n'a eu qu'un effet limité sur le marché du travail, car les robots étaient très chers et peu flexibles. Cela a changé ces dernières années.

D'après une étude de McKinsey, les coûts de l'automatisation des usines a diminué de presque la moitié par rapport à 1990.Pronostic de McKinsey : plus grand sera le nombre de machines installées, plus augmentera la pression sur les coûts du travail, d'abord dans les nations riches, mais également dans les pays asiatiques ou les salaires sont encore en augmentation. Ce développement a commencé depuis longtemps, mais le changement ne se limite pas à l'automatisation des usines ou de l'introduction de robots. Des modifications plus importantes menacent par l'automatisation des services, comme la comptabilité électronique, le commerce en ligne ou du passage sur ordinateur de toutes les activités de bureau.

lpv502Dans une société moderne, une grande partie des emplois n'est en final qu'une forme de traitement de l'information. Plus les tâches, les fonctions ou les missions sont structurées, plutôt elles peuvent être effectuées par une machine.
Pendant que les entreprises investissent de moins en moins en frais de personnel, elles dépensent plus dans les technologies de l'information. Ce développement ne va pas seulement au détriment des emplois disponibles, mais mène à une translation de la société, les rémunérations élevées empochant d'une façon disproportionnée les richesses d'un pays.
Par contre, la pression sur les revenus inférieurs augmente. Avec la technicisation la complexité des emplois augmente et également la concurrence pour les emplois qui demandent moins de capacités et de formations.

Mais même pour les fanas de l'ordinateur, les perspectives d'avenir ne sont pas uniquement roses ; dans les grandes entreprises, les secteurs de haute technologie commencent à sentir un changement, à cause du passage au « clouding », qui nécessite moins de forces de travail sur place.

Mais il y a encore des domaines d'activité qui - pour un temps prévisible - ne sont pas encore menacés et ne sentent pas de pression sur les salaires, par exemple les conducteurs de poids lourds ( plus de 4 millions de chauffeurs de taxis, autobus et poids lourds aux Etats-Unis). Mais pour combien de temps après l'arrivée sur le marché de la voiture à conduite automatique de Google ?

Commentaires :

Prix Nobel de l'économie Paul KRUGMAN dans un article paru en 2012 dans le New York Times : peut l'innovation devenir un problème pour un grand nombre de demandeurs d'emplois ou même pour l'ensemble du marché du travail ? Beaucoup disent que non, mais la vérité est que cela pourrait tout à fait arriver

Richard POSNER, de l'université de Chicago avec le Nobel de l'économie Gary BECKER argumentent dans une contribution sur son blog commun que « le progrès technologique trop rapide ne peut pas être absorbé par l'économie. La conséquence : un chômage en explosion, une production en baisse et donc une demande encore plus faible de main d'œuvre ».

Jaron LARNIER avertit dans son nouveau livre : « Dans un capitalisme technologique, globalement, la classe moyenne deviendra la grande perdante, pendant que se formera une élite de plus en plus puissante d'entrepreneurs du numérique.

Source : Der Spiegel magazine, n° 18/2013, signé Thomas SCULZ

La bombe est lancée, le débat est grand ouvert aux Etats-Unis ; poussée par le vent de l'innovation technologique et numérique, elle ne tardera pas à arriver chez nous et il faudra revoir et redéfinir toutes les relations entre innovation et progrès technologiques et numériques d'un côté et la croissance, le marché du travail et les besoins en main d'œuvre.

Allons-nous vers un avenir radieux ou un désastre mondial !!!

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
© UNION DES INGÉNIEURS ET SCIENTIFIQUES DES SAVOIE - 2011