5 remarkable engineering innovations of 2025

(Note de l’éditeur : il s’agit d’une section de la 38e édition annuelle des prix Best of What’s New de Popular Science. Assurez-vous de lire la liste complète des 50 plus grandes innovations de 2025.)

Lauréat du Grand Prix, Ingénierie

Superwood d’InventWood : Plus résistant que l’acier et 6 fois plus léger, aucun haut fourneau requis

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L’acier est responsable d’environ 8 % des émissions de gaz à effet de serre, mais il est si fiable que les constructeurs ne veulent pas s’en passer.

Le chercheur Liangbing Hu a trouvé une nouvelle approche à ce problème par hasard. En tant que jeune chercheur à l’UCLA puis à Stanford, Hu essayait de comprendre comment assembler des batteries à partir de nanotubes de carbone, mais découvrir que la construction à l’échelle nanométrique était difficile et coûteuse. Il a eu un « aha ! En examinant les fibres de bois, j’ai réalisé que les nanofibres contenues dans les cellules du bois sont environ 100 fois plus résistantes que le bois ordinaire. Et en termes de mise à l’échelle efficace et de manière à séquestrer le carbone ? Faites simplement pousser un arbre.

Hu a conçu un bain chimique pour éliminer la lignine qui maintient la cellulose du bois. En chauffant ensuite les fibres obtenues, il a pu comprimer le bois d’environ 80 % de son épaisseur d’origine, grâce à sa connaissance de l’échelle nanométrique. Il a détruit la structure interne de manière à éliminer les faiblesses et à renforcer les liens. (Vous pouvez considérer cela comme la suppression de tout l’espace à l’intérieur de la fibre de bois.) Son procédé assombrit également le bois et rend le matériau plus résistant que l’acier, sans parler de six fois plus léger. Le résultat est Superwood.

Les experts se demandent si le secteur de la construction, réputé pour son aversion au risque, acceptera un remplacement aussi radical de l’acier, et ce n’est pas sans raison. Si vous construisez un gratte-ciel de 2 milliards de dollars, voudriez-vous dire à votre prêteur que vous lancez les dés sur du bois traité sans un bilan de sécurité de plusieurs décennies ?

Mais Alex Lau, PDG d’InventWood, la société qui a autorisé la découverte de Hu, affirme qu’une fois que l’entreprise aura pris de l’ampleur, il vise à vendre Superwood à la moitié du prix de l’acier. Mais pour l’instant, il va gagner les cœurs et les esprits dans l’industrie de la construction en ciblant d’abord les marchés respectueux du bois pour les matériaux de terrasse et de toiture, avant de se lancer dans les éléments structurels et les bâtiments optimisés Superwood. Et puis il y a les avantages environnementaux. Le Superwood peut être fabriqué à partir de nombreux types d’arbres différents – vous pouvez même le fabriquer à partir d’environ 10 à 20 pour cent de produits forestiers qui sont rejetés parce qu’ils ne sont pas de la bonne espèce, ou des 40 pour cent de bois de scierie jugés non-premium qui autrement seraient déchiquetés ou brûlés. Lau affirme qu’il peut remplacer la moitié de la demande américaine d’acier, soit 50 millions de tonnes, avec seulement 12,5 millions de tonnes de Superwood. Cela semble beaucoup, mais il souligne que nous envoyons chaque année autant de déchets de bois à la décharge – et qu’il y a 14 millions de tonnes de bois en surcapacité dans les scieries du Sud.

Sand Battery de Polar Night Energy : Une batterie thermique à l’échelle industrielle en sable pour éviter les incendies et la pollution minière

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Les batteries à l’échelle industrielle constituent un moyen de maintenir l’énergie renouvelable lorsque le vent cesse de souffler ou que le soleil cesse de briller. Mais la fabrication de batteries à partir de lithium, de cobalt ou de fer a une empreinte de gaz à effet de serre importante et peut également entraîner une pollution des métaux et de l’eau.

Une entreprise finlandaise appelée Polar Night Energy s’attaque au problème de l’intermittence en recyclant la stéatite concassée, un sous-produit d’une usine de cheminées locale, pour créer la plus grande batterie de sable au monde. Au lieu de stocker de l’électricité, cette batterie thermique stocke la chaleur dans un cylindre en acier isolé d’environ 43 pieds sur 49 pieds. Le système récupère l’excédent d’électricité du réseau pour chauffer le sable. Ensuite, des tuyaux intégrés à la batterie dirigent l’air froid, permettent à la chaleur de se transférer du sable, puis envoient l’air chaud, à des températures comprises entre 140 et 752 degrés. F. L’air chaud peut ensuite être utilisé pour produire de la vapeur pour des processus industriels ou pour réchauffer des bâtiments ou de l’eau. Contrairement aux batteries conventionnelles qui deviennent moins efficaces avec le temps, le sable ne se dégrade pas et la batterie a une durée de vie utile prévue de 30 ans. Et contrairement aux batteries lithium-ion (ou aux raffineries de pétrole), le sable ne prendra jamais feu.

Bien que l’utilisation du sable chaud comme batterie soit une idée ancienne, l’outil est moderne et de qualité industrielle, stockant jusqu’à 100 MWh d’énergie pendant des mois. Cela suffit pour un mois de demande de chaleur dans la petite ville natale de la batterie, Pornainen, et une semaine pendant l’hiver glacial finlandais.

Et ce n’est que le premier projet à l’échelle industrielle de Polar Night Energy ; l’entreprise prévoit de concurrencer les batteries lithium-ion pour certaines applications industrielles de plus petite taille, entre 2 MW et 10 MW, dans toute l’Europe. Le coût par kilowattheure stocké est également inférieur, même si les coûts initiaux élevés et les constructeurs qui n’aiment pas les technologies inconnues constituent des obstacles. Près de 40 % des applications industrielles de chauffage se situent dans la plage de température de la batterie de sable.

Willow Quantum de Google : une puce qui fait en réalité moins d’erreurs à mesure que le nombre de qubits physiques augmente

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La correction d’erreurs est une fonctionnalité cruciale de toute puce informatique, et elle est encore plus importante dans les ordinateurs quantiques. En effet, des problèmes matériels mineurs, des changements de température et même des rayons cosmiques peuvent modifier la façon dont les entités informatiques appelées qubits stockent ou transmettent les informations.

Google a franchi une étape majeure sur la voie d’un ordinateur quantique réellement pratique avec une nouvelle approche de la correction des erreurs quantiques. Avec une nouvelle machine appelée Willow, Google a créé une machine de 105 qubits dotée d’une capacité sans précédent de réduire les erreurs même si le nombre de qubits en fonctionnement augmente. Étant donné que les qubits sont intrinsèquement sujets aux erreurs, traditionnellement, plus il y a de qubits dans une puce, plus la probabilité d’un problème est grande. En plaçant les qubits affectés au stockage des données dans une grille avec des qubits correcteurs d’erreurs, l’équipe de recherche de Google a pu réduire le nombre d’erreurs même si le nombre de qubits augmentait. Cela signifie que la matrice 7 x 7 offre une meilleure correction des erreurs que la matrice 3 x 3, une réussite sans précédent. Google rapporte que Willow a réalisé un test numérique de référence en cinq minutes, ce qui aurait pris à un superordinateur « classique » conventionnel 10 sept milliards d’années, soit plus que l’âge de l’univers. Et cela met en évidence le pouvoir de déclencher des effets quantiques sur les problèmes.

Cependant, il n’y a pas que des chiots et des arcs-en-ciel dans le pays quantique, où les ordinateurs de recherche démarrent généralement à un million de dollars mais ne peuvent résoudre aucun problème réel. Mais ils ne pourront pas y parvenir sans une correction d’erreur robuste, et Willow constitue donc un pas en avant spectaculaire.

Populus Hotel by Urban Villages/Studio Gang : un éco-hôtel qui prend la durabilité au sérieux et ressemble à un tremble

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Avec des fenêtres inspirées des « yeux » noirs des trembles blancs fabriqués lorsque les branches tombent, Populus est plus qu’un simple régal visuel curviligne : l’ombrage contribue également à réduire la quantité de chaleur absorbée par le bâtiment en été.

L’utilisation massive du bois dans la construction réduit (mais n’élimine pas) le besoin de béton à forte intensité de carbone dans la construction. Le constructeur a utilisé un béton spécial à faible teneur en carbone contenant des déchets de charbon appelés cendres volantes, ce qui a entraîné 30 % d’émissions de carbone en moins que le béton conventionnel. Il y a un digesteur sur place qui convertit les déchets alimentaires en compost. De plus, il n’y a pas de stationnement sur place, à la fois pour réduire le besoin de ciment et d’acier renforcé et pour encourager l’utilisation des transports en commun et du covoiturage.

L’hôtel a parrainé la plantation de 70 000 000 arbres dans le Colorado pour compenser l’empreinte carbone des matériaux, puis a acheté d’autres compensations carbone. (En partie parce que la plupart des plants d’arbres sont morts à cause de la sécheresse et d’une infestation de coléoptères). Ils achètent également des crédits d’énergie éolienne auprès de leur compagnie d’électricité. Dans un tableau de bord en ligne, l’hôtel affirme avoir déjà séquestré 116 % du carbone libéré pendant la construction et les opérations en cours.

Joel Hartter, professeur d’études environnementales à l’Université du Colorado, n’est pas sûr que toutes les affirmations soient concrétisées. Par exemple, il souligne que les compensations, c’est comme payer quelqu’un d’autre pour qu’il mange des légumes afin que vous puissiez continuer à manger de la restauration rapide. Après tout, la solution la moins polluante serait de pas construire une belle destination hivernale chauffée au méthane pour que les gens viennent la visiter par avion. Mais il ne veut pas faire du parfait l’ennemi du bien. Il affirme que l’hôtel Populus aide à montrer à l’industrie du tourisme, qui a cruellement besoin d’amélioration, ce qu’exige un engagement en faveur du développement durable. En comparaison avec un hôtel de luxe typique, c’est comme regarder des pommes et des oranges.

Delivery Zip by Zipline : un système de drone autonome treuillant en toute sécurité des burritos devant les maisons de Dallas

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La livraison par drone dans une zone urbaine surpeuplée a longtemps semblé trop compliquée et dangereuse à entreprendre, mais elle est désormais réelle et commence à sembler, eh bien, normale. À partir d’avril, Zipline a lancé un service dans lequel un drone-hélicoptère à 5 hélices récupère un burrito ou une montre intelligente auprès de détaillants comme Chipotle ou Walmart en enroulant un véhicule cargo rectangulaire robotisé appelé « Delivery Zip ». L’hélicoptère vole ensuite de manière autonome jusqu’au site du client et descend le Delivery Zip pour la livraison. Cela ressemble à de la science-fiction, mais les personnes âgées de la région de Dallas et les parents célibataires en particulier aiment ce nouveau service. (La société déclare servir « des dizaines de milliers » de clients DFW). Dans le monde entier, Zipline a effectué plus de 1,85 million de livraisons de drones, et parcouru plus de 120 millions de miles sans une seule blessure grave. Ces chiffres de livraison laissent dans la poussière les concurrents aux poches profondes financés par Google et Amazon.

Zipline a commencé à livrer des transfusions sanguines puis d’autres médicaments au Rwanda en 2016, depuis la capitale Kigali vers des régions rurales reculées où les routes étaient inaccessibles. Parmi les résultats figurent une réduction de 51 pour cent des décès dus à une hémorragie post-partum dans les établissements desservis par Zipline. Aujourd’hui, après avoir étendu ses services à la Côte d’Ivoire, au Nigeria, au Ghana et au Kenya, et mené des essais médicaux au Royaume-Uni et aux États-Unis, la société a livré plus de 25 millions de doses de vaccins. Zipline déploie des services de vente au détail et de livraison de nourriture dans diverses sous-régions de la région de Dallas-Fort Worth – il y en a 20 au moment de la publication. La plate-forme Zipline de première génération utilisait un drone à voilure fixe qui larguait des fournitures médicales en parachute ; l’équipe a inventé la plate-forme P2 de deuxième génération avec le Delivery Zip étant donné les exigences d’atterrissage plus précises d’une ville surpeuplée.

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