Ces quatre entreprises adoptent l'économie circulaire


Par Kenneth McLeod

Pour freiner le changement climatique, de nombreux experts ont appelé à un passage massif des combustibles fossiles à l'électricité. L'objectif est d'électrifier des processus tels que le chauffage des maisons et l'alimentation des voitures, puis de générer les besoins accrus en énergie électrique en utilisant des sources à faible ou zéro carbone telles que le vent, le solaire et l'hydroélectricité.

Plus de 30 villes de Californie, dont Berkeley et San Francisco, ont évolué dans cette direction en interdisant le service de gaz naturel dans la plupart des nouveaux bâtiments. Actuellement, la consommation d'énergie dans les bâtiments génère plus de 40% des émissions de gaz à effet de serre de San Francisco.

Il existe des options électriques simples pour chauffer les bâtiments, l'eau chaude et le séchage des vêtements, mais le passage à l'électricité pourrait être plus controversé dans la cuisine. Les poêles électriques traditionnels sont notoirement lents à chauffer et à refroidir. Ils posent également des problèmes de sécurité car leurs serpentins de chauffage peuvent rester chauds pendant des dizaines de minutes après leur arrêt.

Chauffage sans flamme

Je suis ingénieur électricien spécialisé dans la recherche sur les champs électromagnétiques. Une grande partie de mon travail se concentre sur les applications de la thérapie médicale – mais que vous exposiez des tissus humains ou une casserole sur une table de cuisson à des champs électromagnétiques, les principes sont les mêmes.

Pour comprendre ce que sont les champs électromagnétiques, le principe clé est qu'une charge électrique crée un champ autour d'elle – essentiellement, une force qui s'étend dans toutes les directions. Pensez à l'électricité statique, qui est une charge électrique souvent produite par friction. Si vous frottez un ballon sur vos cheveux, la friction chargera le ballon avec une charge électrique statique; Ensuite, lorsque vous soulevez le ballon de votre tête, vos cheveux se lèveront, même si le ballon ne les touche pas. Le ballon tire sur vos cheveux avec une force électrique attractive.

Les charges électriques en mouvement, comme l'électricité circulant à travers le fil, produisent des champs magnétiques – des zones de force magnétique autour du trajet du courant. La terre a un champ magnétique parce que les courants électriques circulent dans son noyau fondu.

Les champs magnétiques peuvent également produire des champs électriques et c'est pourquoi nous utilisons le terme champs électromagnétiques. Ce concept a été découvert dans les années 1830 par le scientifique anglais Michael Faraday, qui a montré que si un matériau électriquement conducteur, tel qu'un fil, est placé dans un champ magnétique en mouvement, un champ électrique est créé dans le conducteur. Nous appelons cette induction magnétique. Si le conducteur est formé en boucle, un courant électrique circulera autour de la boucle.

La découverte de Faraday a servi de base au développement des moteurs électriques. Son travail a également démontré un moyen de chauffer des matériaux sans utiliser une source de chaleur traditionnelle telle que le feu.

D'où vient la chaleur?

Tous les matériaux ont une résistance, ce qui signifie que lorsque le courant électrique les traverse, le flux sera au moins quelque peu entravé. Cette résistance entraîne la perte d'une partie de l'énergie électrique: l'énergie se transforme en chaleur et, par conséquent, le conducteur se réchauffe. Dans mes recherches biomédicales, nous étudions l'utilisation des champs magnétiques de radiofréquence pour chauffer les tissus du corps afin d'aider les tissus à guérir.

Au lieu des brûleurs conventionnels, les points de cuisson sur les tables de cuisson à induction sont appelés plaques de cuisson et se composent de bobines de fil noyées dans la surface de la table de cuisson. Pour une efficacité maximale, les ingénieurs veulent que l'énergie du champ magnétique produite par chaque table soit absorbée autant que possible par la batterie de cuisine posée dessus. Le champ magnétique créera un champ électrique dans le fond de la casserole et, en raison de la résistance, la casserole chauffera, même si la plaque de cuisson ne le fait pas.

Pour des performances optimales, les cuisinières à induction magnétique et les tables de cuisson doivent fonctionner à une fréquence de champ magnétique élevée, généralement 24 KHz. Ils nécessitent également des pots fabriqués à partir de matériaux que les champs magnétiques ne traversent pas facilement. Les métaux à haute teneur en fer ou en nickel absorbent les champs magnétiques, ce sont donc les options les plus efficaces pour la cuisson à induction. Le fer absorbe les champs magnétiques plus facilement que le nickel et est beaucoup moins cher, de sorte que les matériaux à base de fer sont les plus couramment utilisés pour les ustensiles de cuisine à induction magnétique.

Plus réactif et plus sûr, mais plus cher

Puisque les tables de cuisson à induction nécessitent quelque chose pour absorber les champs magnétiques afin de produire de la chaleur, elles sont intrinsèquement plus sûres qu'une table de cuisson électrique traditionnelle. Le fait de placer votre main sur la table de cuisson ne chauffera pas votre main de manière notable. Et comme ces systèmes chauffent les ustensiles de cuisine sans chauffer directement la plaque de cuisson, les plaques de cuisson refroidissent rapidement après le retrait des ustensiles de cuisine, ce qui réduit le risque de brûlures.

La batterie de cuisine elle-même a tendance à se réchauffer et à se refroidir rapidement, et le contrôle de la température est très précis – l'une des propriétés clés qui valorisent les cuisinières à gaz. Un autre avantage est que les tables de cuisson à induction ont généralement des surfaces lisses – souvent en verre ou en céramique – donc elles sont faciles à nettoyer.

Les tables de cuisson à induction modernes sont aussi écoénergétiques que les cuisinières électriques traditionnelles et environ deux fois plus efficaces que les cuisinières à gaz. Mais cela ne signifie pas nécessairement qu'ils sont moins coûteux à exploiter. Dans de nombreuses régions des États-Unis, le gaz naturel est beaucoup moins cher que l'électricité, parfois par un facteur de trois ou quatre. Cela explique en partie l'acceptation plus large des tables de cuisson à induction en Europe, où, jusqu'à récemment, le gaz naturel était beaucoup plus cher que l'électricité.

Un autre facteur qui a influencé l'adoption est que les cuisinières à induction et les tables de cuisson coûtent généralement plus cher que les cuisinières à gaz ou électriques traditionnelles, bien que ce ne soit pas sensiblement le cas. Et les cuisiniers devront remplacer les casseroles en aluminium, en cuivre, en acier inoxydable non magnétique et en céramique, dont aucune ne fonctionne efficacement sur les tables de cuisson à induction. Une vérification rapide est que si un aimant colle au fond d'une casserole, la casserole fonctionnera sur une table de cuisson à induction.

Malgré ces facteurs, je m'attends à ce que les ordonnances de réduction de l'utilisation du gaz naturel conduisent à une utilisation considérablement accrue des cuisinières et des tables de cuisson à induction magnétique. Ces mesures se concentrent généralement sur les bâtiments nouvellement construits, de sorte qu'elles ne nécessiteront pas de conversions coûteuses de maisons existantes.

Les jeunes célibataires et les familles qui emménagent dans ces nouvelles résidences n'ont peut-être pas encore acquis beaucoup d'ustensiles de cuisine et apprécieront probablement la sécurité associée à l'induction magnétique, surtout s'ils ont des enfants. Et les premiers utilisateurs qui sont prêts à payer plus pour l'électricité provenant de sources vertes, ou pour une voiture hybride ou électrique, ne seront peut-être pas contrariés de payer quelques centaines de dollars de plus pour une table de cuisson à induction magnétique et des casseroles qui fonctionnent avec.

Au niveau national, les États-Unis pourraient adopter une certaine forme de tarification du carbone dans un proche avenir, ce qui augmenterait le coût du gaz naturel. Et la pollution de l'air intérieur causée par les appareils à gaz est également de plus en plus préoccupante. Plus d'un siècle après sa première proposition, la journée de la cuisson par induction magnétique au soleil est peut-être arrivée.

Kenneth McLeod est professeur de science des systèmes et directeur du laboratoire de recherche en science clinique et en génie de l'Université de Binghamton, à l'Université d'État de New York.

Déclaration de divulgation: Kenneth McLeod ne travaille pas pour, ne consulte pas, ne détient pas d'actions ou ne reçoit aucun financement d'une entreprise ou d'une organisation qui bénéficierait de cet article, et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.

Republié avec la permission de The Conversation.

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