Une attention internationale accrue est portée à l’importance de normes communes pour réaliser des expériences scientifiques et mesurer leurs résultats – un domaine appelé métrologie.
Par Tom Cassauwers
Fin 2019, le physicien Lorenzo Pattelli faisait partie d’une équipe scientifique italo-chinoise travaillant sur une technologie de refroidissement qui attire rapidement l’attention à mesure que la Terre se réchauffe à cause du changement climatique.
Appelée refroidissement radiatif diurne passif, ou PDRC, cette technologie utilise des matériaux techniques pour réfléchir le rayonnement solaire. L’idée est qu’en cas de canicule, les panneaux PDRC refroidiraient les bâtiments sans avoir besoin d’une climatisation énergivore.
Surprise du désert
Juste avant que l’équipe de Pattelli ne soit prête à publier les résultats de son étude sur les effets de refroidissement d’un matériau particulier, un autre groupe de recherche a publié un article sur un matériau très similaire qui présentait un effet de refroidissement double.
« Au début, nous étions un peu déçus car il semblait que nous étions battus jusqu’au bout », a déclaré Pattelli. « Mais ces choses se produisent en science. »
Bienvenue dans le monde de la métrologie – le domaine scientifique qui étudie les mesures. Lorsqu’ils évaluent les performances des nouvelles technologies, les scientifiques doivent utiliser des normes communes afin que les résultats soient comparables.
Initialement, l’équipe de chercheurs italo-chinois n’a pas pu expliquer la divergence entre les résultats concernant l’effet refroidissant des matériaux. Comment les deux expériences ont-elles pu produire des résultats si différents ?
La réponse de l’autre groupe a été trouvée dans les informations complémentaires de son journal, qui indiquaient que les tests avaient été effectués dans le désert d’Atacama au Chili.
« Le plateau d’Atacama est situé à haute altitude, avec une pression atmosphérique plus basse et une humidité très faible », a-t-il déclaré. « De notre côté, nous avons testé notre matériel au centre-ville de Pékin. Aucune des deux études n’était fausse, mais l’autre groupe a testé son matériel dans des conditions beaucoup plus favorables.
Test de confiance
Cela montre pourquoi la métrologie est si importante. Sans cela, les résultats de la recherche peuvent varier considérablement et, par conséquent, la confiance du public dans la science peut être érodée.
Les institutions internationales commencent à accorder davantage d’attention à la métrologie. L’UNESCO célébrera pour la première fois Journée mondiale de la métrologie le 20 mai 2024 et, par l’intermédiaire du Partenariat européen en métrologiel’UE et ses États membres investissent dans ce domaine.
Chercheur à l’Institut national de métrologie d’Italie, Pattelli dirige désormais un projet qui a reçu un financement de partenariat pour déterminer les meilleures normes de mesure pour les matériaux PDRC. Appelé PARAMÉTRIQUEle projet a débuté en 2022 et se poursuivra jusqu’en 2025.
L’enthousiasme suscité par le PDRC a incité des équipes scientifiques du monde entier à rechercher les effets de refroidissement les plus importants possibles pour des matériaux particuliers, ce qui a abouti à des résultats douteux, selon Pattelli.
« Certaines des affirmations que nous voyons dans les journaux les plus récents sont clairement biaisées », a-t-il déclaré. « La métrologie est ici absolument nécessaire pour établir des lignes directrices en matière de bonnes pratiques. »
De nouveaux repères
PaRaMetriC établit des normes et des protocoles de mesure pour la recherche PDRC.
Le projet cherche, entre autres, à mesurer le refroidissement par l’eau plutôt que par la température de l’air.
Les chercheurs ont construit un appareil permettant de mesurer le flux et la température de l’eau qui entre et sort lorsqu’elle est refroidie par le matériau. L’eau touche ici le matériau et est refroidie par celui-ci, ce qui permet de mieux mesurer l’ampleur du refroidissement.
« La mesure de la température de l’air est soumise à une grande incertitude, d’autant plus que l’effet PDRC se produit à l’extérieur », a déclaré Pattelli. «Mesurer la température des liquides est beaucoup plus fiable.»
Il a déclaré que, même si la température ambiante sera toujours nécessairement mesurée dans l’air, l’utilisation de liquides offre une mesure plus robuste de la puissance de refroidissement réelle fournie par les différents matériaux.
PaRaMetriC prévoit d’établir des mesures de référence sur un ensemble de matériaux PDRC. Ces références peuvent ensuite être utilisées par d’autres projets comme référence commune pour évaluer les performances de refroidissement des matériaux nouvellement proposés – de la même manière que les membres d’un orchestre accordent leurs instruments ensemble afin qu’ils sonnent tous en harmonie les uns avec les autres.
Mesures de méthane
La métrologie est utile non seulement pour évaluer les allégations concernant les nouvelles technologies, mais également pour repérer les progrès du changement climatique.
Un autre projet financé par le Partenariat européen de métrologie cherche à améliorer les mesures dans l’atmosphère du méthane, un puissant gaz à effet de serre. Appelé isoMETle projet se déroule également de 2022 à 2025.
Une méthode permettant de déterminer l’origine du méthane dans l’atmosphère est appelée mesure du rapport isotopique. Cela peut être fait de plusieurs manières.
Dans l’une d’elles – la spectroscopie d’absorption laser – un réservoir est rempli d’air, après quoi la lumière laser le traverse et mesure la concentration et le rapport isotopique dans l’échantillon. Cela permet aux chercheurs d’évaluer les concentrations de méthane dans un endroit spécifique – et même d’où il vient.
« C’est comme l’empreinte digitale du méthane », a déclaré le Dr Javis Nwaboh, chercheur à l’Institut national de métrologie d’Allemagne et membre d’isoMET. « Nous pouvons en déterminer la source, par exemple l’agriculture ou la combustion de combustibles fossiles. »
Mais là encore, l’absence de normes ou de procédures de mesure communes prévaut.
« Les mesures ne sont pas harmonisées entre les différents laboratoires », a déclaré Nwaboh. « Vous pourriez donc obtenir des résultats différents selon les différentes études. Cela rend plus difficile la lutte contre le changement climatique.
Les chercheurs d’isoMET visent à établir un ensemble de normes pouvant être utilisées à l’échelle internationale afin que les résultats deviennent comparables.
Venir ensemble
Après leur achèvement en 2025, isoMET et PaRaMetriC tenteront d’amener la communauté scientifique dans son ensemble à adopter leurs normes. Pour ce faire, les projets présenteront leurs résultats aux scientifiques et leur montreront pourquoi les normes de mesure existantes peuvent être inadéquates.
Pour Nwaboh et Pattelli, de telles mesures sont essentielles pour renforcer la confiance dans la science et contrecarrer la possibilité que des scientifiques, sous la pression de publier des résultats intéressants, présentent leurs recherches comme plus spectaculaires qu’elles ne le sont en réalité.
« Le PRDC est un domaine de recherche très prometteur », a déclaré Pattelli. «Il serait dommage que cette technologie soit entravée par des articles dont les résultats sont difficiles à comparer. Nous avons de meilleures chances de faire progresser la science si tout le monde suit des pratiques reproductibles.
Nwaboh a fait écho à ce point.
« La confiance dans la recherche est limitée si chacun mesure les choses à sa manière », a-t-il déclaré. « Les bonnes procédures peuvent atténuer cela. »
La recherche présentée dans cet article a été financée par le programme Horizon de l’UE. Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.
Plus d’informations
Cet article a été initialement publié dans Horizon le magazine européen de la recherche et de l’innovation.
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