50 innovations dans les énergies d'avenir

50 preuves de concept innovantes issues de la recherche publique

Énergie & Innovations

► www.avenepme.eu

Le programme AVENE PME (Avenir Énergie PME) est né de la volonté de l’État, via le programme d’investissements d’avenir (PIA), de confier aux organismes publics de recherche labellisés Carnot le soin d’amplifier la collaboration avec les acteurs du monde socioéconomiques et notamment les PME. Dans le domaine de l’énergie, les instituts Carnot (IC) M.I.N.E.S et Energies du Futur ont collaboré à la structuration de ce rapprochement avec cette catégorie d’entreprises :

• en proposant une offre technologique élargie,

• en déployant un processus unique et partagé de dialogue et d’échange. En parallèle, les laboratoires du périmètre concerné ont été invités à concevoir des preuves de concept pour illustrer leur savoir-faire et enclencher le processus d’innovation.

Ce manuel présente 50 technologies, soit autant d’opportunités pour les entreprises d’élargir leur offre commerciale en s’appuyant sur l’exploitation des résultats de la recherche.

Au service de la compétitivité des PME par l’innovation dans les énergies

OBJECTIFS DU PILOTE

L’objectif est de réaliser un démonstrateur innovant (brevet en cours de dépôt) qui permettra de positionner des lames de type brise soleil orientable de façon autonome (fonction de l’apport solaire) sans aucun apport électrique.

RÉALISATIONS

► Les bâtiments étant de mieux en mieux isolés pour répondre aux nouvelles normes que cela peut impliquer de la surchauffe à l’intérieur de ceux-ci ainsi qu’une utilisation excessive de système climatique (représente 10% de la consommation électrique de l’habitat). Les brises soleil permettent de protéger l’intérieur d’un habitat de l’exposition solaire pour éviter cette surchauffe et l’éblouissement. Cette surchauffe s’adresse également aux bâtiments plus anciens intégrés dans des régions très exposés à l’ensoleillement.

► Il existe actuellement sur le marché trois systèmes de commande concernant les brises solei l : le système entièrement manuel (c’est la personne qui actionne le volet), le système électrique (la personne actionne une télécommande qui commande une motor isat ion) et le système automatique (électrique) avec un capteur d’ensoleil lement. L’étude consiste à réaliser un dispositif autonome permettant de limiter l’apport solaire à l’intérieur de bâtiments à l’aide de brises soleils autonomes.

► Le principe de base est l’assemblage d’un certain nombre de bilames dans une cavité « absorbante » actionnant un axe (un bilame étant une pièce métallique fabriquée à partir de bimétal à coefficients de dilatations différents qui se déforme sous l’effet de la température et donc du rayonnement solaire).

► L’objectif du projet est d’optimiser le principe de base qui a été démontré au laboratoire, de concevoir et de réaliser une maquette plus réaliste en couplant les effets thermiques et mécaniques comme schématisée ci-après dans l’objectif d’intéresser de futurs industriels.

CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE

► Ce système est une solution de régulation thermique et lumineuse en accord avec les nouvelles exigences environnementales. I l améliore la performance énergétique d’un bâtiment. L’été, il modère l’entrée de lumière donc l’apport calor i f ique naturel .

► Ce projet viendra conforter l’intérêt économique de cette solution de prototypage, et permettra de présenter à des « end users » une maquette réaliste.

► Les avantages de ce concept innovant et de cette maquette sont multiples : • Système simple (assemblage mécanique) • Coût d’investissement et de réalisation faible • Facilement intégrable (pas de câbles, pas d’électricité, pas de motorisation) • Pas de maintenance • Simplicité pour la rénovation (50% des habitats réalisés avant 1975) • Zéro énergie et autonome

ABSO

Autonome Brise Soleil Orientable

CONTACT

Laboratoire LRME (Liten/DTNM/SERE/LRME)

Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Sébastien QUENARDIngénieur R&DTél. : +33 (0)4 38 78 08 93E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Système de récupération de la chaleur fatale et la convertir en énergie électrique à travers un cycle organique de Rankine (ORC). Il s’agit de montrer l’intérêt de ce type de dispositif, même à petite puissance, et sous une forme compacte, tout en illustrant l’ensemble des fonctions et organes qui composent un tel système (échangeurs de chaleur : condenseur, évaporateur, pompe, turbine, organes de contrôle et de sûreté).

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à concevoir un circuit fluidique utilisant un fluide organique de type fluoro-kétone (ou fluoroéther) choisi pour ses caractéristiques thermodynamiques (températures et press ion notamment) et son faible impact en tant que gaz à effet de serre. Il s’agissait de proposer une machine de petite taille, permettant de récupérer une faible source de chaleur à basse température et la convertir en électricité.


► Valorisation d’une source de chaleur de faible puissance (≈ 10 kWth) et basse température (<100°C)

► Production électrique 1 kWe

► Utilisation d’un fluide à faible effet de serre (GWP<<150)

► Utilisation d’un double échangeur (un réchauffeur et un évaporateur) pour la récupération de chaleur avec possibilité de découpler les flux pour une application de cogénération (production électrique et chaleur)

AMORCE

pilote d’un mini cycle organique de Rankine

CONTACT

Laboratoire LS2T (Laboratoire des Systèmes Thermiques et Thermodynamiques)

Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Stéphane COLASSONChef de laboratoireTél. : +33 (0)4 38 78 20 82E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Le bâtiment connecté arrive à grande vitesse. Il est nécessaire que nos entreprises maitrisent ces technologies issues du monde informatique pour savoir mettre en œuvre et utiliser des solutions d’interopérabilité dans un système global communicant et intelligent de gestion des bâtiments.

RÉALISATIONS

► Ce projet vise à définir et réaliser dans un but pédagogique, des maquettes mettant en œuvre les technologies des bâtiments connectés pour traiter de manière globale et optimale le confort et l’énergie dans les bâtiments.

► Ci-contre, un exemple de réalisation de maquette in tégrant des sys tèmes de CVC, product ion photovoltaïque, mesures des paramètres de confort (température, CO2) et intégrant un serveur WEB de supervision.

► D’autres maquettes exploitant des matériels similaires à ceux du bâtiment GreEn-ER sont en cours de réalisation, permettant d’étudier des composants seuls, et intégrés dans le bâtiment.


Bâtiment connecté

Maquettes pour la formation aux Bâtiments Connectés

CONTACT

Laboratoires G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble) et G-Scop (Laboratoire des Sciences pour la Conception, L’Optimisation et la Production)

Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04.76.82.62.93

► Traiter le système bâtiment dans son ensemble par la mise en œuvre des solutions d’interopérabilité matérielle et logicielle, et ainsi offrir au bâtiment, à ses gestionnaires et ses occupants, de nouveaux services permettant de gérer son confort et son énergie.

Benoit DELINCHANT | Stéphane PLOIX | Frédéric WURTZEnseignants / ChercheursTél. : 04.76.82.62.77 |E-mail : [email protected]://predis.grenoble-inp.fr/smartbuilding

Créd

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VIAN

Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S

OBJECTIFS DU PILOTE

Développement d’un progiciel innovant permettant de déterminer les propriétés thermodynamiques du utilisable par les PME concernées.

RÉALISATIONS

L’étude a visé à démontrer la faisabilité et l’utilité d’un progiciel spécifique pour le calcul des propriétés thermophysiques du biogaz. Le biogaz, pour rappel, est principalement constitué de méthane (60-65%) et de dioxyde de carbone (jusqu’à 30%). Il comporte également des impuretés dont la nature et la concentration dépendent du procédé de méthanisation. Les impuretés qui peuvent être présentes dans le biogaz sont l’eau, le sulfure d’hydrogène, les siloxanes, l’ammoniac, l’oxygène et l’azote. La présence et la concentration de ces impuretés influencent la conception des procédés de purification du biogaz.Le projet a consisté à réaliser un progiciel spécifique pour les composants et les propriétés d’intérêt pour les TPE, PME et ETI qui travaillent dans le domaine du biogaz. Une seule impureté a été choisie au début (H2S) pour réaliser une version démonstrative du progiciel. Le système d’intérêt était constitué de méthane, dioxyde de carbone et de sulfure d’hydrogène.Ce système ternaire a permis de développer l’architecture de base du progiciel en façon de pouvoir ajouter dans un deuxième temps les autres impuretés d’intérêt. Différents modèles ont été incorporés :

► des équations dites « reference equations of states » qui ont été développées pour le CO2, CH4 et l’H2S (ces équations sont sous la forme d’énergie libre de Helmholtz) ;

► une équation issue d’un modèle dit « classical approach for the fugacity of the solid phase» qui a été développée pour tenir en compte de l’apparition d’éventuels dépôts solides, ce qui rend le progiciel applicable également à des procédés cryogéniques ;

► des équations spécifiques pour la viscosité et la conductivité thermique en phase fluide.


BIOGAS Properties

Spécification des propriétés thermodynamiques du biogaz

CONTACT

Centre thermodynamique des procédés (CTP) MINES ParisTech - ArminesMembre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Marco CAMPESTRINI Ingénieur de recherche Tél. : +33 (0)1 64 69 49 63 E-mail : [email protected]

► Accès rapide à la valeur de la propriété ► Confiance dans le résultat (évaluation par rapport aux

données expérimentales) ► Possibi l i té de couplage avec des logiciels de

dimensionnement d’unité ► Accès rapide au diagramme de phases ► Prise de décision ► Faisabilité de l’opération rapidement évaluée

OBJECTIFS DU PILOTE

L’étude a consisté à fabriquer une preuve de concept démontrant la capacité de réaliser un système simple de purification de l’air respiré et d’apporter aux porteurs de casques une protection vis-à-vis de la pollution particulaire urbaine.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à intégrer dans un casque de cycliste un dispositif permettant de charger les particules de l’air, de les précipiter sur une paroi et ainsi de purifier l’air respiré par un cycliste.

► Ce dispositif utilise l’effet corona généré par une haute tension (4000 V), permet de charger les particules présentes dans l’air et de les déposer sur une paroi.

► Ce dispositif n’utilise pas de système de pompage car l’aspiration est induite par le système lui-même (vent ionique de l’effet corona).

► Les deux photographies ci-dessous décrivent le prototype réalisé et quelles parties réalisées.


► Le débit d’air actuel est entre 10 à 20 litres/minutes suivant le mode de fonctionnement

► L’efficacité de filtration du dispositif actuel atteint les 80% avec une vitesse de déplacement nulle et 30% pour une vitesse du cycliste de 10 km/h.

► Le dispositif actuel pèse entre 200 et 300 grammes, a une autonomie de 3 heures et est totalement autonome en énergie (3 piles type AA).

CAP

Casque à Air Purifié (pilote)

CONTACT

LITEN/DTNM/SEN/L2NMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Christophe BROUARDIngénieur ChercheurTél. : +33 (0)4 38 78 20 10E-mail : [email protected]

Photo de gauche : casque avec sa visière (vue de face) - Photo de droite : casque avec son boitier d’alimentation en partie arrière (vue de dessus).

OBJECTIFS DU PILOTE

Elaboration des nouveaux catalyseurs performants pour la synthèse Fisher-Tropsch (FT).Synthèse de biocarburants à partir du gaz de synthèse (syngas) issus de la biomasse, co-produits et de déchets.

RÉALISATIONS

Cette étude consiste à préparer des catalyseurs ayant de bonnes stabilités dans les conditions opératoires du procédé Fisher-Tropsch (FT) en présence d’impuretés variées dans le mélange de syngas telles que H2S, HCl, goudrons… Pour cela, la maquette CARBIORANT a été conçue. C’est un réacteur à lit fixe conçu pour les tests catalytiques à l’échelle laboratoire. Ce dispositif permet de réaliser la synthèse FT dans des conditions allant jusqu’à 500°C et 170 bars. Le schéma de principe de cette maquette est illustré dans la figure à droite.

L’intérêt est multiple. Les composants principaux de cette maquette sont :

► Le bloc de préparation du syngas, avec notamment des débitmètres massiques pour contrôler l’alimentation du réacteur.

► Le préchauffeur.

► Le tube de réacteur catalytique.

► Le bloc de condenseur pour récupérer des produits (cires, biocarburants).

► Le bloc des analyseurs pour les phases gazeuses (µ-GC), liquides (CPG avec option SIMDIST). Cette partie est en collaboration avec GRDF, qui finance en partie les analyseurs.

► La centrale de sécurité, permettant de détecter la présence des gaz dangereux.


CARBIORANT

Combustibles issus de biomasse, de co-produits et de déchets

CONTACT

Centre RAPSODEE Mines Albi - ArminesMembre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Ange NZIHOU Professeur, Directeur du centre RAPSODEETél. : +33 (0)5 63 49 32 22 E-mail : [email protected]

► Réacteur catalytique pour la synthèse FT à l’échelle laboratoire.

► Opération jusqu’à 500°C et 170 bars.

► Fonctionnement en continu.

► Production de biocarburants à partir de biogaz, biomasse, résidus organiques.

OBJECTIFS DU PILOTE

L’objectif du pilote est d’intégrer au niveau des parois métalliques d’un container maritime réhabilité en bâtiment, un matériau innovant impactant au minimum le volume intérieur et d’en étudier l’impact sur le comportement thermique et plus particulièrement sur le confort d’été à l’intérieur de la structure.

RÉALISATIONS

► Le projet a consisté en la conception, en la réalisation et en l’instrumentation à base de capteurs RF, d’un bâtiment à base d’un container maritime 20’ avec l’intégration en plafond de plaques de matériaux à changement de phase en épaisseur variable. Quelques millimètres d’épaisseur de ce matériau présentent l’avantage d’apporter dans la structure métallique autant d’inertie que quelques centimètres de béton. Cette inertie peut être couplée en période chaude à une ventilation naturelle nocturne de manière à évacuer les calories apportées et stockées lors des heures chaudes de la journée et ainsi diminuer la température intérieure et les besoins en climatisation.


► Apport d’inertie dans un bâtiment à structure métallique en minimisant l’impact sur la surface habitable

► Amélioration du confort d’été dans les habitats réalisés à base de containers recyclés

CONTAINER

CONTACT

DRT/DPACAMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Karine ZUNINOResponsable Axe Bâtiment MéditerranéenTél. : +33 (0)4 42 25 22 13E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Les entreprises développant des systèmes uti l isant l’énergie solaire doivent se différencier par l’innovation. Celle-ci prend très souvent la forme d’un contrôleur/régulateur embarqué (CRE) qui peut être suivant les cas un BMS (Battery Management System), un EMS (Energy Management System), un régulateur prédictif, etc. Le projet CRESUS vise à concevoir une maquette de régulateur prédictif pour chauffe-eau solaire individuel (CESI) qui sera développée et évaluée en utilisant deux CESI placés dans des conditions d’ensoleillement et de soutirage identiques, l’un équipé du régulateur prédictif, l’autre pas.

RÉALISATIONS

Le principe de base du service est de quantifier la performance du dispositif innovant en utilisant le principe du test en parallèle.

Le Centre PERSEE a développé ce service, en utilisant :

► D’une part le savoir-faire et le matériel d’acquisition développés sur sa plate-forme de Sophia-Antipolis depuis plus de 30 ans.

► D’autre part en développant les moyens logiciels et m até r i e l s n éces sa i res po u r pe r m et t re l e développement et le test de CRE.

► Dans ces condit ions, nous avons entrepr i s de développer une nouvel le plateforme d’essais, intégrant d’une part une métrologie autonome avec des outils de contrôle / commande d’autre part un environnement de développement pour CRE.

► La méthodologie consiste à tester en conditions réelles de fonctionnement l’apport d’un régulateur embarqué prédictif sur les performances d’un chauffe-eau solaire avec appoint électrique par rapport à un chauffe-eau solaire à appoint électrique sans régulateur prédictif.


CRESUS

Contrôleurs Régulateurs Embarqués pour des Systèmes Utilisant l’énergie Solaire

CONTACT

Centre PERSEE MINES ParisTech - ArminesMembre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Patrick GATT IngénieurTél. : +33 (0)4 93 95 74 47 E-mail : [email protected]

► L’introduction des prévisions météo dans le contrôle des systèmes de production à énergie renouvelable avec stockage plus appoint par énergie conventionnelle permettra un gain global en performance et une diminution de la consommation de l’énergie d’appoint. Cette valeur ajoutée sera obtenue en modifiant les algorithmes de gestion des régulateurs actuels.

Ce projet propose un service innovant à toutes les PME/ETI concernées, leur permettant :

► Soit de tester une idée en utilisant un environnement de programmation de carte embarquée, et de tester l’ensemble {système solaire/CRE} en conditions réelles (TL 4).

► Soit de faire la preuve de concept d’un CRE innovant développé au sein de l’entreprise en permettant de quantifier ses performances, ou d’en affiner le paramétrage en environnement de test en conditions réelles (TRL 5).

1 - Module et capteurs solaires 2 - Les 2 chauffe-eau à tester

3 - RASPBERRY PI 2

OBJECTIFS DU PILOTE

► Valider la récupération de frigories à partir du CO2 séparé sous forme solide du biogaz

► Générer un sous-refroidissement d’un fluide lors de la sublimation contrôlée du CO2 par la gestion de pressions partielles dans le système et sans apport d’énergie externe

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser un dispositif, dans les locaux du Centre Efficacité Énergétique des Systèmes (CES), permettant la formation de CO2 solide sur une paroi métallique puis sa sublimation contrôlée par la gestion de l’écoulement et de la pression d’un tiers gaz en contact direct avec le solide carbonique.

► La sublimation contrôlée a confirmé la possibilité de générer des frigories à des températures davantage plus basses que la température du solide carbonique. Ce phénomène a l’avantage d’éliminer les groupes frigorigènes pour l’épuration cryogénique de CO2 à partir de biogaz, ainsi que de favoriser l’efficacité énergétique et la compétitivité de la liquéfaction du bio-méthane.


CryoGS

Système CryoGS® de purification et de liquéfaction de biométhane

CONTACT

CES MINES ParisTech - ArminesMembre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Rodrigo RIVERA TINOCO Tenure Track – Transfert gaz-liquide et procédésTél. : +33 (0)1 69 19 17 29 E-mail : [email protected]

► Épuration sans solvants du CO2 dans le biogaz

► Réduction des coûts d’épuration du biogaz

► Réduction de l’utilisation des utilités froides pour la liquéfaction du bio-méthane

OBJECTIFS DU PILOTE

Etudier l’utilisation de modules photovoltaïques organiques pour des applications d’intérieur (alimentation de capteurs pour la domotique).

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser un dispositif d’intérieur (capteur ou actionneur d’intérieur) intégrant des modules photovoltaïques organiques en utilisant le savoir faire de l’équipe LMPO en réalisation et encapsulation de modules OPV à façon,

► Ce dispositif sera constitué d’un capteur ou d’un actionneur lui-même al imenté par un module photovoltaïque organique qui a été intégré et couplé avec une batterie. Les différents composants sont décrits sur la photo ci-dessous :


► Fonctionnalité : capteur capable de mesurer des grandeurs physiques comme la température, l’eau, la pression, la qualité de l’air, la présence ou l’absence d’une personne… ou actionneur (interrupteurs autonome à distance).

► Caractéristique : Capteur ou actionneur autonome sur le plan énergétique

► La valeur ajoutée est l’autonomie du dispositif qui est assuré par les modules OPV organiques qui permettent l’alimentation électrique du capteur sans avoir besoin d’une alimentation filaire. Un autre atout est l’intégration design dans le dispositif grâce à la conformabilité et la possibilité de réaliser des modules OPV à façon.

DECOPV

DÉmonstrateur Capteur d’intèrieur alimenté par OPV

CONTACT

Laboratoire des Modules Photovoltaïques Organiques Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Noëlla LEMAITREIngénieur chercheurTél. : +33 (0)4 79 79 22 69 E-mail : [email protected]

Dessin de principe de la maquette

CONTACT

Laboratoire GIPSA-LAB (Grenoble Images Parole Signal Automatique)


Cornel IOANAChercheur / Maître de conférence GRENOBLE INPTél. : 04.76.82.64.57E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Réaliser un système compact, intégré et à bas coût pour la détection et la localisation de source de transitoire électrique propagé en champ libre.

RÉALISATION

► La réalisation de la maquette s’appuie sur le système « Arc’Locator » conçu pour la détection et la localisation des arcs électriques par l’exploitation de la signature en champ libre au travers d’un système hydride qui associe capteurs électromagnétiques et acoustiques.

► L’étude a permis de travailler sur le développement d’un centralisateur d’information issue de trois nœuds composés chacun d’un capteur électromagnétique et de trois capteurs acoustiques (balayage d’une surface plus importante de surveillance) et d’optimiser le design et la compacité de l’antenne électromagnétique.

► Le principe est décrit sur les photos ci-dessous et ci-contre :

1

12

3

1 | Antenne électromagnétique2 | Capteurs acoustiques3 | Électronique embarquée


DEMA’LOC

Distributed ElectroMagnetic Acoustic LOCalization Cr

édits

photo

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CEA-

Liten

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► La réduction des fausses alarmes,

► Un traitement multi-capteurs cohérent qui maximise la probabilité de détection et qui conduit à une bonne précision de localisation,

► Une couverture spatialede l’ordre d’une dizaines de mètres, qui réduit considérablement le coût de la surveillance.

► Perfomances : – précision de localisation < 2cm, – portée maximale de chacun des nœuds 15 m, – angles d’observation (HxV) : 180° x 90°

OBJECTIFS DU PILOTE

Réaliser une maquette pédagogique multiplublic de notre démonstrateur SOEC/SOFC réversible pour expositions et salons

RÉALISATIONS

► Dans le cadre du déploiement de technologies de conversion et stockage de l’énergie, le CEA a développé un système complet autonome réversible électrolyseur/pile à combustible à haute température (EHT/SOFC) permettant d’atteindre des performances inégalées à l’échelle mondiale. Ce démonstrateur est entièrement fonctionnel, et un déploiement de ce système est aujourd’hui envisagé, dans le cadre de contrat de partenariats industriels bilatéraux ou institutionnels.

► Le besoin d’un packaging technologique de notre démonstrateur couplé à un besoin « commercial » d’une maquette pédagogique et technologique nous a conduits fin 2015 à solliciter le Alps Design Lab pour commencer travailler sur le design de cette maquette, sur la base de critères technologiques et pédagogiques. Cela a permis d’amorcer des premières idées de design, nous permettant de faire émerger des premiers visuels mais également renforcer nos critères d’attente pour la maquette. Fort de ce premier travail collaboratif, nous sommes en phase de réalisation de ce démonstrateur ainsi que des visuels adaptés.


► Démonstrateur pédagogique

► Composants grandeur réelle

► Contenu visuel multiplublic

DEMO-rSOC

CONTACT

LITEN/DTBH/SCSH/PLH Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Guilhem ROUXIngénieur Chercheur Chef de LaboratoireTél. : +33 (0)4 38 78 03 84 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Montrez le fonctionnement des sondes de détection d’encrassement

RÉALISATIONS

► Le dispositif hydraulique permet de simuler sur des temps courts l’encrassement d’un tube et montre la réponse en temps réel de la sonde d’encrassement.

► Un dispositif d’aimantation amovible permet de provoquer un dépôt de particules (ferromagnétique) simulant le dépôt encrassant. Une sonde placée en regard du dépôt détecte la présence du dépôt, l’électronique associée fait apparaître un signal indiquant l’évolution de ce dépôt.

► Une fois le dépôt constitué et détecté, il peut être retiré par déplacement du système magnétique et la démonstration peut recommencer.


► Détection d’encrassement

► Faible encombrement et coût

► Démonstration de l’opérationnalité de l’algorithme de détection.

Détective

CONTACT

LITEN/DTBH/STCR/LERMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Alain MEMPONTEILIngénieurTél. : +33 (0)4 38 78 35 31 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Dans le cadre de la transition énergétique, la mise en place de solutions alternatives pour la mobilité et/ou le stationnaire est confrontée à trois problématiques : le couplage amont intégrant la capacité de production et l’intermittence des sources, le stockage d’énergie à court et à long terme, le couplage aval pour alimenter les utilisateurs en électricité et/ou en carburant (sous forme d’hydrogène par exemple).Le projet Energy Observer a pour vocation à réaliser le premier navire expérimental multi-énergies de 30 mètres de long, autonome, qui fonctionnera grâce aux énergies propres et renouvelables sans rejet de CO2.

RÉALISATIONS

► L’objectif principal du projet est lié au défi technique de réalisation : pour garantir l’autonomie énergétique du catamaran, le système vise à équilibrer la production, le stockage d’énergie à bord à sa consommation au cours de sa navigation.

► De ce choix stratégique découlent de nombreux c h o i x t e c h n i q u e s , e t n o t a m m e n t u n e définition correcte des vecteurs énergétiques et de leur potentiel . Pour cela, l’institut LITEN propose trois axes de travail :

► Le premier axe concerne la réduction et l’optimisation des besoins énergétiques à bord, pour la propulsion et les servitudes.

► Le deuxième axe concerne la conception et l’intégration de systèmes énergétiques hybrides basés sur un mix-énergétique incluant le vecteur hydrogène.

► Le troisième axe concerne la mise en œuvre de ces systèmes en situation réelle impliquant une gestion multi énergies évolutive et spécifique à chaque profil de navigation.


ENERGY OBSERVER

CONTACT

Laboratoire Systèmes PEMFC Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Didier BOUIXIngénieur Chef de projet Tél. : +33 (0)4 38 78 41 58 E-mail : [email protected]

► Autonomie énergétique (Gestion de l’intermittence production & stockage de l’énergie)

► Efficacité énergétique (amélioration des rendements globaux)

► Valorisation énergétique et des sous-produits (utilisation de l’énergie thermique produite et de l’eau produite)

► Augmentation de la durée de vie des différents composants de la chaîne complète

► Confort et amélioration du service aux usagers (absence de nuisances sonores et olfactives)

► Mobilité électrique (possibilité de distribution du surplus d’énergie selon les applications)

OBJECTIFS DU PILOTE

Réaliser le séchage de la biomasse en utilisant uniquement l’énergie solaire et sans exposer directement cette biomasse à la lumière solaire (éviter une dégradation partielle de la biomasse).

RÉALISATIONS

► La maquette de séchoir solaire indirect, qui permet de déshydrater un produit sans l’exposer directement au rayonnement solaire fonctionne en deux temps : un préchauffage de l’air dans un capteur solaire et le séchage homogène dans la cavité de séchage. La convection naturelle de l’air est augmentée par l’utilisation d’un ventilateur alimenté en direct par un capteur photovoltaïque. La maquette est instrumentée par un pyranomètre, une vingtaine de thermocouples, trois capteurs d’humidité relative, 3 anémomètres qui permettent de mesurer les différents paramètres du procédé de séchage simultanément aux conditions climatiques (température extérieure et intensité lumineuse).


► Outre la possibilité de faire une mise à l’échelle du prototype grâce aux mesures réalisées, un brevet a été déposé concernant l’amélioration de l’homogénéisation du séchoir. La maquette a démontré que 15% de l’énergie solaire captée servait directement à la déshydratation des produits, ce qui la place au niveau des meilleurs séchoirs indirects pour produits agricoles publiés à ce jour. Les bénéfices pour les industriels sont de pouvoir tester l’adéquation du séchage solaire pour leurs produits et d’avoir des mesures fiables pour le dimensionnement d’un séchoir adapté à leur production.

ENERSOLALG

ENERgie SOLaire pour le séchage des ALGues

CONTACT

CEATech (CTREG/DPACA) Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Gatien FLEURYIngénieur ChercheurTél. : +33 (0)4 42 25 72 11 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Réal iser un out i l de caractérisat ion automatique de composants magnétiques basé sur des mesures d’impédances en fréquence.

RÉALISATIONS

Le projet consiste en la conception et la réalisation de deux éléments :

► Un dispositif d’acquisition des mesures constitué d’un pont d’impédance Keysight à large bande passante et d’une interface permettant l’interconnexion reconfigurable entre le pont d’impédance et le dispositif sous test. Cette interface est développée dans le cadre de ce projet.

► Une application logicielle permettant d’une part le pilotage de l’interface et du pont d’impédance en vue de la réalisation automatisée des mesures selon un protocole ayant fait l’objet de recherches antérieures. D’autre part cet outil logiciel permettra le traitement de ces mesures en vue de l’établissement des modèles équivalents.


► Fonctions et caractéristiques : – Caractérisation de transformateurs

d’électronique de puissance 2 et 3 enroulements pour une puissance jusqu’à 1 kW

– Établissement de schémas équivalents dans la plage de fréquence 20 Hz – 30 MHz.

► Intérêt : – Simplification et automatisation de la

caractérisation de composants magnétiques.

ESCAPE

Elaboration de SChémas équivalents Automatique Pour l’Electronique de puissance

CONTACT

Laboratoire G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble)


Jean-Paul FERRIEUXProfesseur à l’UGA (Université Grenoble Alpes)Tél. : 04.76.82.63.02E-mail : [email protected]


OBJECTIFS DU PILOTE

Etudier la récolte des microalgues par floculation par des méthodes électrochimiques et phototactiques

RÉALISATIONS

► Le projet FLOTEST consiste à réaliser une maquette permettant la coagulation-floculation par électrochimie et phototactisme.

► Cette maquette constituera une preuve de concept pour ces deux technologies appliquées à une microalgue modèle même si d’autres applications peuvent être envisagées (boues activées, Spiruline, …). Le schéma de la maquette est représenté ci-dessous :


► Récolte des microalgues de manière efficace, sans ajout de produits chimiques et à coût et dépense énergétique faibles

► Préambule à un pilote de taille industrielle

FLOTEST

Maquette pour la floculation des microalgues par des méthodes électrochimiques et phototactiques

CONTACT

CEA/DRT/CTREG/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Florian DELRUEIngénieur ChercheurTél. : +33 (0)4 42 25 72 22 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Réaliser un générateur de vapeur hybride permettant la production de vapeur de manière très stable et sur de larges gammes de fonctionnement en débit

RÉALISATIONS

► Dans le cadre du déploiement de technologies de conversion de l’énergie et plus spécifiquement de dispositifs nécessitant de la génération de vapeur ((co-)électrolyse haute température, pile à combustible haute température, reformeurs, etc…), le CEA a développé un générateur de vapeur hybride (fonctionnant à partir d’une source thermique et/ou électrique) permettant la production de vapeur de manière très stable et sur de larges gammes de fonctionnement en débit. Cela a abouti à plusieurs brevets sur le design, le fonctionnement et la sécurité associée. Le générateur de vapeur est constitué d’une gorge en spirale en acier inoxydable, chauffé par un fluide caloporteur en partie haute et par une résistance chauffante électrique en partie basse. Sans compter les pertes thermiques, la puissance thermique ou électrique nécessaire sera d’environ 750Wh par litre d’eau pour passer de l’état liquide à 20°C jusqu’à un état vapeur surchauffée à 150°C.


GENVAP

CONTACT

LITEN/DTBH/SCSH/PLH Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

André CHATROUX Ingénieur Chercheur Chef de projets Tél. : +33 (0)4 38 78 25 64E-mail : [email protected]

► Utilisation d’une source chaude pour générer de la vapeur → Efficacité énergétique

► Système unique et sans concurrence sur cette gamme de débits

OBJECTIFS DU PILOTE

Développement et démonstration d’un prototype de production de froid (Frigo industriel ou climatisation maison individuelle) alimenté par panneau photovoltaïque en direct.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser un prototype de pompe à chaleur fonctionnant en courant continu produit par panneau photovoltaïque en direct (pas d’onduleur)

► Ce dispositif utilise un compresseur de frigo basse-tension (12V ou 24V) de faible puissance

► Un évaporateur ventilé

► Un contrôleur de charge solaire MPPT

► Un panneau photovoltaïque


HYBRIPAC

CONTACT

DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Nicolas AURIAC Ingénieur Chercheur Chef de projets Tél. : +33 (0)4 42 25 20 75E-mail : [email protected]

► Transformation de l’énergie électrique produit par panneau photovoltaïque pour la production de froid (Conteneur réfrigéré, climatisation de maison individuelle)

► Intégration de la PAC dans le bâtiment ► Gain électrique et confort des habitants

OBJECTIFS DU PILOTE

Développer un système de gestion de batteries (dit BMS pour Battery Management System) pilotable depuis une application mobile (smartphone ou tablette) permettant :- d’assurer d’une part une gestion optimale de la charge des batteries d’un parc d’équipements autonomes, notamment vis-à-vis du service rendu et de la durée de vie des batteries, illustré dans le cas présent par un ensemble de lampes autonomes à usage professionnel ;- d’assurer d’autre part une maintenance prédictive dans le temps du parc de batteries.

RÉALISATIONS

► Sur la base d’une flotte de lampes autonomes équipées de batteries Li-ion, le démonstrateur consiste à réaliser un système de gestion électronique de la batterie de chaque lampe (dans la figure ci-dessous) dialoguant avec une application mobile – =/ . Les paramètres de charge des différentes lampes seront alors optimisés de manière à maximiser la durée de vie des batteries. Par ailleurs, le dispositif permettra la récupération d’informations batteries sur un serveur ④ pour en suivre l’état de santé et en optimiser ainsi la maintenance.


M2P

MoonPlugPro

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Laboratoire LSEC (LITEN/DTS/S3E/Laboratoire de Stockage ElectroChimique) Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Arnaud DELAILLEIngénieur Chef de projet Tél. : +33 (0)4 79 79 21 71E-mail : [email protected]

Figure 1. Schéma de principe du démonstrateur « MoonPlugPro », ou gestionnaire intelligent des batteries d’une flotte de produits autonomes, ici de lampes Lumila.

Figure 2 : Lampes autonomes Lumila équipées de batteries Li-ion pour applications professionnelles, dont travailleurs de nuit ERDF.

► Maintenance préventive des batteries (gain de durée de vie) et prédictive (optimisation du renouvellement des batteries)

► Optimisation du service rendu et du coût des batteries ► Démonstrateur sur la base de batteries de lampes

autonomes utilisées en milieu professionnel pouvant tout à fait être décliné pour d’autres applications, exemple donné d’une flotte de batteries de vélo à assistance électrique

OBJECTIFS DU PILOTE

Le projet vise à fabriquer des micro-aimants présentant des détails sub-millimétriques pour des systèmes tels que rotors, actionneurs, capteurs… et destinés à des applications de type automobile, habitat ou médical.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à développer le procédé de micro-PIM (Powder Injection Molding) pour mouler des aimants par plasturgie (mélange de poudre et de polymères) et d’obtenir après déliantage et frittage des pièces frittées denses. Des poudres ferromagnétiques de ferrites de strontium ont été injectées à l’aide d’un moule disponible afin d’évaluer la finesse des détails géométriques qu’il est possible d’atteindre sur des aimants.


MICROMAGNET

Micro-aimants obtenus par le procédé de moulage par injection de poudre

CONTACT

LITEN/DTNM/SERE/LMA Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Gérard DELETTEIngénieur de rechercheTél. : +33 (0)4 38 78 38 53 E-mail : [email protected]

► L’analyse des pièces après frittage montre l’absence de défauts après frittage (fissures, micro cavités) y compris dans les zones de plus faibles dimensions (50 µm). Ceci a pu être obtenu notamment avec une poudre de ferrite très fine (diamètre moyen des grains de l’ordre de 5 µm), caractéristique qui reste non conventionnelle pour l’injection. La bonne rhéologie du feedstock (mélange poudre + polymères utilisé pour l’injection) réalisé au laboratoire a permis d’obtenir ce niveau de détail avec un taux de charge important de 57 %, valeur qui est nécessaire à la tenue de la pièce lors du déliantage et frittage. Les essais se poursuivent sur un moule dédié, équipé d’un système d’orientation magnétique permettant de produire des micro-aimants de forme et de type anisotrope. La cartographie du champ magnétique produit par ces aimants permettra de valider le procédé pour les applications visées.

Images en Microscopie Electronique à Balayage (gauche) et en tomographie par rayons X (droite) montrant les détails obtenus sur les micro-aimants isotropes de ferrite frittés et réalisés par µPIM.

OBJECTIFS DU PILOTE

Mettre en avant la reproductibilité et la capacité de fabrication haute cadence de µobjets par le procédé Metal Injection Molding (PIM).

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à développer un moule de micro-injection multi-empreintes permettant la fabrication de micro-objets céramiques et/ou métalliques pour des applications liées au médicale. Après conception et fabrication du moule, des essais ont été menés sur différents matériaux pour définir les cadences de production, la reproductibilité et le taux de rebut. Les photos ci-dessous présentent les différentes parties du moule rotatif montées sur une presse à injecter Micropower 15 de chez Battenfeld.

► L’analyse de l’ensemble de la chaine de fabrication (Injection/déliantage/frittage) a permis en fin de projet de déterminer la reproductibilité du procédé ainsi que les coûts de fabrication de l’ordre de 0.5 € par pièce pour une production de 1 000 000 de pièces.

► La photo ci-dessous présente les objets réalisés à partir du moule multi-empreinte. Ils ont un fort facteur de forme ainsi qu’une partie fonctionnelle présentant des détails inférieurs à 150 µm.


Micromedicis

Moule d’injection µPIM multi-empreinte

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LITEN LRVM Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Denis VINCENTIngénieurTél. : +33 (0)4 38 78 90 58 E-mail : [email protected]

► L’analyse des pièces après frittage montre l’absence de défauts après frittage (fissures, micro cavités) y compris dans les zones de plus faibles dimensions (50 µm). Ceci a pu être obtenu notamment avec une poudre de ferrite très fine (diamètre moyen des grains de l’ordre de 5 µm), caractéristique qui reste non conventionnelle pour l’injection. La bonne rhéologie du feedstock (mélange poudre + polymères utilisé pour l’injection) réalisé au laboratoire a permis d’obtenir ce niveau de détail avec un taux de charge important de 57 %, valeur qui est nécessaire à la tenue de la pièce lors du déliantage et frittage. Les essais se poursuivent sur un moule dédié, équipé d’un système d’orientation magnétique permettant de produire des micro-aimants de forme et de type anisotrope. La cartographie du champ magnétique produit par ces aimants permettra de valider le procédé pour les applications visées.

OBJECTIFS DU PILOTE

Fort de son expérience dans la conception et la réalisation de systèmes piles à combustibles, le DEHT (Département de l’Electricité et de l’Hydrogène pour les Transports) a imaginé une brique technologique élémentaire modulaire, c’est-à-dire un système PEM de puissance 5 kW environ, incluant la pile à combustible, son électronique avec un seul circuit de refroidissement mutualisé, qui puisse être utilisé dans un nombre étendu d’applications : ces éléments modulaires peuvent être mis en série pour faire croitre la puissance disponible. Cette solution technologique permettra de satisfaire simplement et rapidement un grand nombre de problématiques clients.

RÉALISATIONS

► Le principe de cette brique technologique est d’avoir dans un seul et même objet un stack de pile à combustible de type PEM d’une puissance de 5 kW avec son électronique de commande et de puissance, et son circuit de refroidissement. Une pile à combustible de type PEM basse température nécessite un fonctionnement autour de 80°C. Les réactions électrochimiques se produisant dans la pile sont exothermiques. La pile doit être refroidie au même titre que l’électronique de puissance (convertisseurs) qui lui est couplée.

► Le stack de pile à combustible se présente sous forme de deux empilements. Les plaques terminales de chaque empilement comprennent une technologie innovante de refroidissement : les équipes du DEHT ont mis en place un circuit de refroidissement commun au stack et à l’électronique de puissance via une double innovation intégrée dans le design de la plaque terminale couplée à une technologie de carte électronique « SMI » comprenant un isolant étanche. Ceci va donc permettre de refroidir les composants de puissance de la carte par la circulation du fluide caloporteur dans le stack et sur la surface des composants électroniques de conversion de puissance.


MIPEM

Modular Integrated PEM fuel cell

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CEA/DRT/LITEN/DEHT/STP Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Sebastien BENOITResponsable du service piles à combustible PEMFCTél. : +33 (0)4 38 78 29 92 E-mail : [email protected]

► Un deuxième point d’innovation réside dans le design du stack en lui-même. Les équipes du DEHT ont mis en commun toute leur expertise et leur savoir-faire pour le design d’une nouvelle géométrie de plaque bipolaire de surface active 100 cm² spécifiquement adaptée au concept modulaire de 5 kW. Alors que les précédentes géométries avaient été développées en partenariat avec des industriels, cette fois, le DEHT a choisi de démontrer son savoir-faire en développant sa propre brique technologique. Couplée aux dernières évolutions des composants du CEA, le stack ainsi créé doit atteindre des performances au meilleur niveau de l’état de l’art actuel, de l’ordre de 0,9 W/cm². Cette étape sera validée après réalisation des différents composants. Le CEA aura ainsi à sa disposition un outil modulaire pour répondre aux problématiques des nombreuses PME et ETI avec qui nous travaillons mais qui n’ont pas les ressources pour financer leur propre b r ique technologique. Par ailleurs, cet outi l sera aussi mutualisé entre les équipes CEA de manière à le faire bénéficier d e t o u t e s l e s i n n o v a t i o n s développées. Photo de la maquette MIPEM à l’échelle 1.

OBJECTIFS DU PILOTE

Montrer le potentiel d’un caloduc pulsé pour transmettre l’énergie thermique à distance sans élément actif.

RÉALISATIONS

► Le dispositif permet de visualiser le fonctionnement du caloduc pulsé grâce à une face transparente. L ’échange thermique est matér ia l i sé par le déplacement des bulles et bouchons entre la zone de chauffage et la zone de refroidissement.

► Le dispositif permet de transférer l’énergie thermique d’un organe vers une source froide sans composant actif, il peut être orienté de façon aléatoire par rapport à la gravité.


► Transfert de chaleur

► Pas de composant actif

► Orientation indifférente par rapport à la gravité

► Adaptation à la forme de l’objet à refroidir et à la source froide aisée.

► Peu onéreux et économie d’échelle très importante.

► Robustesse ?

Novaday CALODUC

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LITEN/DTBH/STCR/LERMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Alain MEMPONTEILIngénieurTél. : +33 (0)4 38 78 35 31E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Elaboration d’un outil commercial en vue du développement de systèmes SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell : pile à combustibles à haute température) de puissance, capable de pré-dimensionner de façon rapide et fiable des offres système.

RÉALISATIONS

► Le besoin de cet outil de pré-dimensionnement :


OUPS

OUtil de Pré-dimensionnement de Systèmes SOFC/SOEC

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CEA/LITEN/Service Composants et Systèmes Hydrogène Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Julie MOUGINChef de serviceTél. : +33 (0)4 38 78 10 07 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Construire une maquette Contrôle Commande d’un réseau THT/HTA dont l’innovation consiste à démontrer qu’il est possible de remplacer des relais de protection physique par un traitement software robuste. Cette solution a l’avantage de permettre un pilotage du réseau en temps réel avec des débits de communication de l’ordre du Giga Hertz.

RÉALISATIONS

L’étude consiste à la conception et la réalisation d’une maquette fonctionnelle (association des capteurs communicants et des switchs télécom au GHz) qui pourra être connectée au micro réseau Smart Grid Predis.

► Elle sera composée d’un serveur de calcul pour traiter et afINNOVATIONr les données en provenance des capteurs communicants de type SAMU (Stand Alone Merging Unit) qui communiquent en 61850-9-2 LE.

► Ces données brutes seront traitées et visualisées dans le serveur de calcul.


► Capacité à piloter en temps réel avec des matériels numériques concentrés, permettant une virtualisation des fonctionnalités sur des serveurs durcis. Cela permet des déploiements plus simples, une cyber-sécurité accrue.

► Redondance software possible sur les relais numériques indépendants existants & gain économique.

PCCN

De la digitalisation à la virtualisation des contrôle commande de postes sources / RTUs

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Laboratoire G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble)


Raphaël CAIREChercheur / Maître de conférence GRENOBLE INPTél. : 04.76.82.63.61E-mail : [email protected]


OBJECTIFS DU PILOTE

L’objectif du pilote est d’étudier et de mettre en évidence l’impact sur la température intérieure du phénomène d’évapotranspiration d’une paroi constituée de matériaux biosourcées. Le but est de maintenir une température de confort sous un climat chaud dans un bâtiment en limitant l’utilisation d’un système de refroidissement consommateur d’énergie par la mise en œuvre de matériaux hygroscopiques.

RÉALISATIONS

► Le projet a consisté en la conception, en la réalisation et en l’instrumentation d’une paroi biosourcée constituée d’un bardage bois, d’une lame d’air ventilée, d’un contreventement pare-pluie en fibre de bois, d’un isolant en laine de chanvre, d’un frein-vapeur. Cette paroi multicouches perspirante a été conçue de manière à laisse migrer la vapeur d’eau à travers les éléments qui la constituent tout en restant étanche à l’air. Cette paroi a été instrumentée de façon à mettre en évidence le phénomène d’évapotranspiration, ce phénomène d’évaporation devant s’accompagner d’une absorption de chaleur permettant d’amortir la variation de température.


PERSPIMAT

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DRT/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Karine ZUNINOResponsable Axe Bâtiment MéditerranéenTél. : +33 (0)4 42 25 22 13 E-mail : [email protected]

► Impact d’une paroi perspirante sur le confort d’été des bâtiments

Contreventement pare-pluie

Tasseau de bois permettantde créer la lame d’air

Bardage en bois

OBJECTIFS DU PILOTE

Etudier l’apport de cultures de microalgues en photo-bioréacteurs en façades de bâtiment pour la gestion thermique de celui-ci.

RÉALISATIONS

► Le projet étant juste démarré, la maquette finale n’a pu être réalisée. Cependant une première maquette de taille laboratoire a été mise en route. Elle a permis la validation de cultures de microalgues en panneaux alvéolaires utilisés dans le bâtiment :


PHOCOTHER

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DRT/CTREG/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Florian DELRUEChercheur IngénieurTél. : +33 (0)6 86 52 05 68 E-mail : [email protected]

► 1ère étape du projet réal isé : Croissance de microalgues validée en panneaux alvéolés

► La deuxième version de la maquette sera adossée à un conteneur instrumenté. Cette maquette va permettre d’étudier le gain thermique sur l’isolation occasionné par la culture de microalgues

Photobioréacteur pour la culture des microalgues

en panneau alvéolaire

OBJECTIFS DU PILOTE

La valorisation énergétique des déchets plastiques excédentaires pour la production de fuel valorisable et sans effets néfastes sur l’environnement.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser une installation de pyrolyse catalytique des matières plastiques pour la production de fuel valorisable en moteur à combustion interne. Cette installation, qui a l’avantage d’être compacte, a été intégrée sur un groupe électrogène. L’énergie nécessaire à la réaction est l’énergie fatale contenue dans les gaz d’échappement de ce groupe. Les différents composants sont présentés dans le schéma suivant :


Plastifuel

Pyrolyse des déchets de matières plastiquespour la production d’un carburant valorisable

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DSEE Mines Nantes - ArminesMembre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Mohand TAZEROUT ProfesseurTél. : +33 (0)2 51 85 82 74 E-mail : [email protected]

► Valorisation énergétique des déchets plastiques ► Récupération de chaleur contenue dans les gaz

d’échappement ► Production du fuel valorisable qui peut être utilisé dans

ce moteur ► Fonctionnement en continu ► Température de fonctionnement : 450 ±30°C ► Taux de conversion en fuel compris entre 65 et 75 %.

Cela veut dire que pour 1 kg de plastique, on peut produire de l’ordre d 1 L de fuel.

Figure 1: schéma descriptif de l’installation.

Figure 2 : schéma global de l’installation. (1) réacteur (2) vis d’alimentation chauffée (3) cartouche catalyseur (4) condenseur (5) bocal de la récupération (6) trémie (7) moteur diesel (8) alternateur (9) moteur électrique d’entrainement

Figure 3 : l’Installation de la pyrolyse. (1) réacteur (2) vis d’alimentation chauffée (3) cartouche catalyseur (4) condenseur (5) bocal de la récupération (6) trémie (7) moteur diesel (8) alternateur (9) moteur électrique d’entrainement (10) unité de commande

OBJECTIFS DU PILOTE

► Produire des biomasses microalgales à composition biochimique spécifique en vue d’une utilisation de leurs molécules d’intérêt (lipides, biopolymères) pour des applications biomatériaux.

► Mettre en place des procédés d’extraction/transformation (dissolution, plastification) des biomasses microalgales produites pour l’élaboration de biomatériaux.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à définir les conditions de croissance optimales de biomasses microalgales cibles pour favoriser la production de biopolymères d’intérêt en vue de leur utilisation pour l’élaboration de biomatériaux (en particulier bioplastiques). Une installation dédiée permettant de produire « à façon » de la biomasse algale a été mise en place sur la plateforme du CEA (groupe GB3G de DRT/DPACA), et plusieurs souches et protocoles de production (conditions, procédés) ont été identifiés et testés à l’échelle laboratoire.

► Les biomasses microalgales ainsi produites ont été intégrées sur la plateforme du Centre des Matériaux des Mines d’Alès C2MA (groupe Matériaux Polymères Avancés). Des procédés d’extraction par dissolution et de plastification directe des biopolymères ont été mise en place afin d’élaborer des biomatériaux sous forme de mousses, joncs et films extrudés.


PROCESS’ALG

Procédés innovants de production et de mise en œuvre de biomasse microalgale pour applications biomatériaux

CONTACTS

CEA Cadarache - DRT/CTREG/DPACA/GB3G Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93Jean-François SASSI / Florian DELRUEGroup Manager / Chercheur - Ingénieur CEATél. : +33 (0)4 42 25 74 86 / +33 (0)4 42 25 72 22 E-mail : [email protected] / [email protected]

► Identif ication de protocoles de production de biomasses microalgales permettant un enrichissement en biopolymères d’intérêt

► Mise en place de protocole de dissolution et de plastification de biopolymères microalgaux

► Preuve de concept : élaboration de biomatériaux à partir de biopolymères microalgaux

Les différentes composantes sont décrites sur la photo ci-dessous :

Centre des Matériaux Mines Alès - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.SNicolas LE MOIGNEEnseignant ChercheurTél. : +33 (0)4 66 78 53 02 E-mail : [email protected]

OBJECTIFS DU PILOTE

Conception d’un extracteur de chaleur par conduction en vue de développer un capteur solaire PV/T hybride sans fluide caloporteur et intégré au bâti.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à développer en util isant le savoir-faire de l’équipe du SBST/LCEB sur les transferts thermiques et l’intégration du photovoltaïque au bâti, un prototype fonctionnel de capteur solaire PV/T hybride comportant un extracteur thermique permettant l’extraction de la chaleur dissipée par les modules PV et son acheminement vers un récupérateur thermique (par exemple, une pompe à chaleur). Deux variantes de l’extracteur thermique ont été intégrées à un banc d’essai représentant une toiture de bâtiment et testées afin d’optimiser l’extraction de chaleur et par là, la production électrique des modules PV. Elles ont été comparées à un module PV directement posé sur l’isolant de la toiture. Les différentes maquettes réalisées sont présentées sur la photo ci-dessous.


PVAI

Capteur solaire PV/T hybride sans fluide caloporteur intégrable au bâti

CONTACT

DRT/LITEN/DTS/SBST/LCEB Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Ya Brigitte ASSOAIngénieure de rechercheTél. : +33 (0)4 79 79 21 46 E-mail : [email protected]

► Gestion (l’extraction et l’acheminement) des pertes thermiques des modules PV, dans les systèmes non ventilés.

► Refroidissement des modules PV (pouvant atteindre 10°C), d’où une augmentation de leur rendement électrique.

► Dispositif à coût de fabrication réduit. ► Facilité d’installation, le système ne nécessitant pas la

réalisation de lame d’air.

OBJECTIFS DU PILOTE

► Construire et tester des dispositifs de culture de micro-algues comportant des matériaux permettant de faire de la modulation spectrale.

RÉALISATIONS

► Des films à modulation spectrale ont été fabriqués et leur test a permis de confirmer qu’il était possible de transformer certaines longueurs d’ondes peu utilisées pour la photosynthèse (notamment les rayonnements UV) en des longueurs d’onde utilisables par des organismes photosynthétiques (une microalgue verte et une cyanobactérie ont été testées). Les photos ci-dessus illustrent notamment les bioréacteurs utilisés dans le cadre de ce projet : des réacteurs éclairés en lumière artificielle (LEDs blanches) d’une contenance d’un peu plus d’un litre, et des poches de cultures placées sous serre permettant des cultures d’environ 200 litres.


RAYFLEX

RAYonnement FLEXible pour la photosynthèse

CONTACT

CEATech (CTREG/DPACA) Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Gatien FLEURYIngénieur ChercheurTél. : +33 (0)4 42 25 72 11 E-mail : [email protected]

► Mieux utiliser la lumière solaire naturelle afin d’optimiser la photosynthèse et/ou d’orienter une partie du métabolisme des organismes photosynthétiques vers des molécules à valeur ajoutée (applications dans les bioénergies, la nutraceutique, la cosmétique ou la chimie verte).

OBJECTIFS DU PILOTE

Estimer et améliorer le modèle énergétique d’un bâtiment grâce à un logiciel d’acquisition de données, dédié à la mesure du PUE (indicateur de performance énergétique éco-responsable traduisant l’efficacité énergétique d’un Datacenter).

RÉALISATIONS

► Le centre de recherche a développé un premier pilote applicable à la gestion de l’énergie consommée par un Datacenter.

► Mise en place d’un service logiciel d’acquisition et de collecte périodique de données.

► Analyse des données mesurées et modélisation expérimentale du comportement énergétique des salles serveurs.

► Modélisation et estimation du PUE pour différents scénarios réels et simulés Optimisation de l’efficacité énergét ique par act ions sur les cons ignes de fonctionnement de la régulation thermique des salles serveurs.

► Automatisation du réglage des équipements selon les contraintes d’économie, d’utilisation et selon le type de technologies disponibles.

► Évaluation de la solution et mesure de la performance obtenue.

► Rédaction d’une méthodologie générique pour rendre transposable ce pilote à d’autres configurations de bâtiments.


RE4D

Optimisation énergétique d’un bâtiment

CONTACT

Département Informatique et Automatique de Mines Douai - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Stéphane LECOEUCHE ProfesseurTél. : +33 (0)3 27 71 24 45 E-mail : [email protected]

► Service logiciel d’acquisition et de collecte de données, dédié à la mesure du PUE.

► Estimation automatique du modèle énergétique du Datacenter.

► Méthode basée uniquement sur les données liées à l’historique de fonctionnement, limitant le recours à une expertise humaine tierce.

► Amélioration du ratio consommation de l’ensemble des équipements / consommation du parc informatique.

► Optimisation des consignes de fonctionnement et réduction des coûts associés.

► Anticipation des futures normes environnementales.

OBJECTIFS DU PILOTE

Extraction et valorisation des Terres Rares contenues dans les aimants de type Néodyme Fer Bore par un procédé physique.

RÉALISATIONS

► Ce projet a permis le développement d’un four spécifique sous hydrogène couplé à un séparateur magnétique démontrant la capacité de trier et extraire les Terres Rares (TR) contenues dans les aimants de disques durs d’ordinateurs.

► Le procédé englobe toutes les étapes de recyclage d’un aimant TRFeB, depuis la collecte jusqu’au métal de Terres Rares : tri des matériaux, pré-traitement des aimants, séparation des Terres Rares. Il s’appuie sur la très longue expérience de l’Institut Néel sur les procédés sous hydrogène et associe la séparation en champ magnétique intense.


► Le procédé permet une source d’approvisionnement en Terres Rares locale (issue des mines urbaines) face aux ressources primaires quasi-exclusivement chinoises.

► Contribution au développement de la filière de valorisation des déchets et des matériaux critiques en France et en Europe.

► La technique proposée est propre (procédé physique sans produits polluants).

RECUP’TR

CONTACT

CNRS / Institut NéelMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04.76.82.62.93

Sophie RIVOIRARDChercheur CNRSTél. : 04.76.88.90.32E-mail : [email protected] | http://neel.cnrs.fr


OBJECTIFS DU PILOTE

Développement d’un procédé innovant de réfrigération hybride permettant de déshumidifier l’air pour éviter la formation du givre

RÉALISATIONS

► Les acteurs du froid commercial et industriel sont régulièrement confrontés à la formation de givre qui engendre une surconsommation d’énergie et un surcoût pour garantir la qualité des produits réfrigérés.

► Pour y remédier, le Centre d’Efficacité Energétique des Systèmes de MINES ParisTech a conçu un procédé innovant de réfr igération hybride permettant de déshumidifier l’air pour éviter la formation du givre. Ce système de réfrigération unique permet en outre un fonctionnement continu de la production frigorifique à haute efficacité énergétique.

► En particulier, un composant clé de ce procédé, un échangeur membranaire pour refroidir l’air tout en le déshumidifiant, a été prototypé.


REFHYB

Production de froid sans givre et en continu

CONTACT

CES MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Assaad ZOUGHAIB Responsable ScientifiqueTél. : +33 (0)1 69 19 45 18 E-mail : [email protected]

► Echange simultanée de chaleur et d’humidité

► Séparation entre l’air et l’absorbant

► Bas coût

OBJECTIFS DU PILOTE

L’objectif du travail a consisté à imaginer et maquetter un des composants de ces dispositifs « double-flux », à savoir les échangeurs enthalpiques, qui sont une des technologies employées, permettant une récupération d’énergie à la fois sur la température et sur l’humidité de l’air extrait.L’innovation proposée dans ce travail réside dans la géométrie de l’échangeur, et plus particulièrement du « séparateur de membrane », composant qui rend possible l’échange entre l’air neuf et l’air vicié, à travers une membrane enthalpique.

RÉALISATIONS

► La technologie en question est celle d’un séparateur de membrane pour un récupérateur enthalpique pour la ventilation. Elle permet la mise en œuvre d’une configuration des canaux en damier. Le principal intérêt de cet aspect est de doubler la surface de l’échangeur pour un même volume, et donc d’améliorer les efficacités et la compacité dans le respect de perte de charge admissible. Il est en effet admis que le manque de compacité des ventilations double-flux constitue un frein à leur déploiement massif.

► Une étude numérique a tout d’abord permis de positionner la technologie par rapport à l’état de l’art, en termes de coefficient de perte de charge et de potentiel d’amélioration des transferts convectifs. Des corrélations thermo-hydrauliques pour de l’air en régime laminaire ont été déterminées, pour le coefficient de Nusselt et de frottement. Elles ont permis d’implémenter un modèle de composant et de comparer différents designs d’échangeur, notamment une configuration standard couramment utilisée sur le marché.

► Les résultats, ont mis en exergue un gain substantiel de performance et de compacité. Un gain de 40% d’efficacité à iso volume pour une perte de charge inférieure à 30Pa est à retenir. A iso performance, une réduction du volume de l’échangeur d’un facteur allant jusqu’à 3 est à mettre en avant. Cette réduction s’accompagne également d’une réduction des pertes de charges d’un facteur 3 et permet de retrouver des valeurs du même acabit que le cas de référence.


REIPTA

Récupérateur Enthalpique Innovant Pour le Traitement de l’Air

CONTACT

LITEN/DTS/SBST Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Ophélie OUVRIER et Mathieu MARIOTTOIngénieurs chercheurs Tél. : +33 (0)4 79 79 22 11 ou 04 79 79 21 14 E-mail : ophé[email protected] ou [email protected]

► Les bénéfices que la maquette permet sont : ► Une meilleure compacité des systèmes de ventilation

double-flux, à efficacité égale, ► ou, ► Une meilleure récupération d’énergie sur l’air vicié, à

compacité égale

Élément imprimé en 3D.

OBJECTIFS DU PILOTE

La régénération des chaleurs perdues en électricité est de plus en plus nécessaire afin de diminuer les émissions des gaz à effet de serre et d’améliorer les performances énergétiques des usines ou des bâtiments. Les systèmes actuels de conversion sont confrontés à deux difficultés majeures, la première étant la compacité et le poids de ces systèmes, la seconde étant le coût élevé de ces technologies qui rend leur déploiement quasi inexistant actuellement.

Pour apporter des réponses à ces deux défis, l’objectif du projet Revercycle® était d’étudier la pertinence scientifique et économique de technologies permettant d’assurer simultanément plusieurs fonctions à partir d’une source unique de rejets thermiques.

RÉALISATIONS

► Le projet Revercycle® a permis de concevoir un prototype de système tritherme assurant plusieurs fonctions simultanément et ce, à bas coût. Plus précisément il permet de produire à la fois du froid et de la puissance mécanique/électrique à partir de rejets thermiques.


REVERCYCLE®

Machine multifonctions pour valorisation de rejets thermiques et production de froid

CONTACT

CES MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Maroun NEMER Directeur du centreTél. : +33 (0)1 69 19 42 38 E-mail : [email protected]

► Cette technologie est par définition transversale et trouve une application dans plusieurs secteurs industriels. Les marchés cibles concernent donc à la fois les utilisateurs de la technologie (conversion des rejets thermiques en électricité et production de froid) mais également des équipementiers qui pourront industrialiser ces technologies.

► Les industriels utilisateurs de la technologie pourront valoriser leurs rejets thermiques (gratuits) en électricité et donc générer des recettes additionnelles et ainsi améliorer leur compétitivité. Ceci est possible avec la ReverCycle® puisque les coûts d’investissement se trouvent alors réduits. Le temps de retour sur investissement attendu est de l’ordre de 3 à 4 ans ce qui rend les investissements rentables (actuellement ce temps est de l’ordre de 8 à 12 ans).

OBJECTIFS DU PILOTE

Faire évoluer un réacteur de déposition par couche atomique spatiale (Spatial ALD) pour pouvoir déposer plusieurs matériaux fonctionnels en substrats souples (tissu, papier), inclus en mode roll-to-roll.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à modifier notre réacteur SALD pour le rendre compatible avec un dépôt sur des substrats souples.

► Le Système est conçu pour être modulaire de façon à pouvoir déposer une couche mince sur différents types de substrat, de différentes tailles. On développe aussi la capacité de déposer différents matériaux fonctionnels.


► Plus de choix de substrat (compatible avec plusieurs échantillons) et tailles.

► Plus de choix de matériaux.

SALD

Couches Minces déposées à l’air avec le SALD

CONTACT

Laboratoire LMGP (Laboratoire des matériaux et du Génie Physique)


David MUÑOZ-ROJASChercheur CNRSTél. : +33 (0)4 56 52 93 54E-mail : [email protected]

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OBJECTIFS DU PILOTE

Le projet SensTag (SENSing RFID TAG) consiste à optimiser les coûts de fabrication de tags RFID UHF, associé à des capteurs, en utilisant des technologies d’impression sur grande surface. Cela a d’autant plus de sens que cela permet de réaliser dans la même séquence de procédé, deux composants par impression : 1/ l’antenne UHF (868 MHz) et 2/ le capteur d’intérêt (température, pression, humidité,…).

RÉALISATIONS

► Association d’ une antenne imprimée sur papier, d’un capteur (température) et d’une puce RFID UHF


SENSTAG

SENSing RFID TAG

CONTACT

LITEN/DTNM/LCE Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Romain COPPARDResponsable ProgrammesTél. : +33 (0)4 38 78 04 10 E-mail : [email protected]

► Interrogation à Distance d’un tag avec capteur ► Faible coût : antenne + capteurs imprimées avec report

de puce sur substrat PET/PEN ► Mince, léger, flexible

OBJECTIFS DU PILOTE

Collecter de l’énergie solaire concentrée, sur une toiture de bâtiment, pour être source chaude (jusqu’à 1200 °C) de procédés industriels à des puissances entre 5 et 10 kW.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à concevoir et réaliser un prototype de concentrateur solaire, basé sur une configuration de type « beam down », adapté à une toiture de bâtiment industriel.

► Ce dispositif a l’avantage de proposer des densités de flux importantes (environ 1000 soleils), arrivant ver t icalement, à col lecter dans un récepteur (échangeur) ou réacteur situé à l’intér ieur d’un bâtiment.


SOLARBEAMCollecteur d’énergie solaire concentrée pour être source chaude (jusqu’à 1200 °C) de procédés industriels à des puissances entre 5 et 10 kW

CONTACT

Centre RAPSODEE Mines Albi - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Jean-Jacques BEZIAN Enseignant Chercheur, Directeur Adjoint du Centre RAPSODEE Tél. : +33 (0)5 63 59 32 92 E-mail : [email protected]

► Source chaude renouvelable de procédés industriels (réacteur chimique, pyrogazéification …)

► Four solaire adapté aux bâtiments industriels

OBJECTIFS DU PILOTE

Production de chaleur solaire jusque 250°C low-cost.

RÉALISATIONS

► Le capteur solaire est composé de collecteurs cylindro-paraboliques de petites tailles installées dans une serre. Les collecteurs se positionnent face au soleil pour concentrer le flux solaire sur un tube absorbeur pour chauffer un fluide caloporteur jusque 250°C.


SOLAR BOX ONE

CONTACT

LSHT (Laboratoire des Systèmes Solaires Hautes Températures) Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Raphael ALBERTIngénieureTél. : +33 (0)4 79 79 22 53 E-mail : [email protected]

► 1/ Les collecteurs ne sont pas exposé aux contrainte mécanique induites par le vent, ainsi la masse d’acier utilisé a été divisé par 3.

► 2/ les pertes thermiques au niveau du tube absorbeur sont également limité (pas de vent) et on n’a donc pas recours à des tubes coûteux présentant un double enveloppe en verre (=destiné à couper du vent).

► 3/ La mise en forme des miroirs est également simplifié car on utilise des film polymère qui sont simplement posé sur leur structure (pas de colle). Le vieillissement des miroirs est limité car ils sont protégés des salissures, le nettoyage se fait sur la face avant et est ainsi facilité.

► 4/ Le principe est de minimiser les opérations d’installation sur site et de maximiser le montage en usine pour arriver sur site avec un produit prêt à fonctionner en sachant que son alignement au sud précis n’est pas nécessaire car son positionnement face au soleil est assuré grâce à un dispositif basé sur deux photopiles disposé de part et d’autre d’un système d’ombrage.

► 5/ Au niveau conception mécanique, le fait d’avoir des collecteur léger nous permet d’avoir le centre de gravité situé autour du tube absorbeur, on s’affranchit donc de joints tournant, coûteux et sources de fuites et de pertes thermiques.

Prototype du capteur

OBJECTIFS DU PILOTE

► Étudier la cristallisation de sorbets d’hydrates en vue de leur utilisation en climatisation en tant que fluides frigoporteurs diphasiques.

► Étudier le captage du CO2 dans des hydrates.

► Permettre de tester de nouvelles briques technologiques avant d’envisager le passage à l’échelle industrielle.

RÉALISATIONS

L’étude a consisté à réaliser la conception, la fabrication, le montage et les premiers essais d’un dispositif de cristallisation d’hydrates. Le pilote ainsi obtenu permet de :

► Démontrer la faisabilité de la génération d’un sorbet d’hydrates à partir d’une petite colonne à bulles de CO2

► Intégrer des capteurs afin de mesurer les différents paramètres opératoires et de les optimiser (pressions, températures, débits, nature des écoulements, caractéristiques des hydrates et des bulles de CO2, etc.)

► Tester différents composants technologiques (pompes, échangeurs de chaleur, diffuseur de gaz, systèmes de détente et de stockage de sorbets d’hydrates etc.)


SORBETS HYDRATES

Générateur de sorbets d’hydrates par captage du CO2

CONTACT

Centre SPIN Mines Saint-Étienne - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Jérôme DOUZET Ingénieur de recherche Tél. : +33 (0)4 77 42 00 37 E-mail : [email protected]

► Démonstrateur / Générateur de sorbets d’hydrates sous faibles pressions (<20 bar)

► Banc de mesure pouvant être instrumenté

► Banc d’essai évolutif de composants technologiques

► Application à la climatisation (stockage de l’énergie, réduction de l’utilisation de gaz à effet de serre)

► Application au captage du CO2

OBJECTIFS DU PILOTE

► Étudier l’utilisation des électrodes avec un revêtement de nanoparticules dans un résonateur acoustique et créer une électrolyse résonante

► Convertir l’énergie des ondes infrason en électricité

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser un dispositif de résonateur acoustique des basses fréquences présentes dans la nature et de coupler ce système avec des électrodes noano-diamants,

► Ce dispositif qui a l’avantage d’être léger et compact permet de convertir des ondes infrasons en électricité.


SOUND ENERGY

CONTACT

CEA/DRT/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Christophe DUMASChef de Groupe ThermiqueTél. : +33 (0)4 42 25 28 35 E-mail : [email protected]

► Collecter les infrasons présents dans la nature et les convertir en électricité,

OBJECTIFS DU PILOTE

L’objectif du pilote est de fournir aux industriels, développeurs de projets et gestionnaires de ferme solaire, une plateforme de dissémination des données de mesure du rayonnement solaire in-situ accessible sur le Web. Cette plateforme permettra le formatage, le stockage, la visualisation et le téléchargement de ces données. Elle s’appuie sur l’utilisation d’outils Open Source et respecte et met en œuvre les standards internationaux d’interopérabilité tel que ceux de l’ISO (International Standard Organisation) et de l’OCG (Open Geospatial Consortium).

RÉALISATIONS

► Cette plateforme générique évolutive et interopérable (Figure 1), dédiée à la manipulation des données de mesures in-situ de rayonnement solaire fournit une aide précieuse aux porteurs de projets désirant par exemple dimensionner ou d’optimiser tout système utilisant le rayonnement solaire (totalité du spectre ou partie visible seule) avec une couverture géographique continue aussi fine que possible. L’accès au données se fait par l’intermédiaire d’un client Web possédant une interface utilisateur conviviale à l’adresse suivante : http://insitu.webservice-energy.org


SSOIF

Solar Sensor Observation Infrastructure Framework

CONTACT

Centre O.I.E. MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S

Lionel MÉNARD et Thierry RANCHIN Ingénieur de recherche / Directeur du centre Tél. : +33 (0)4 93 95 74 23 - 04 93 95 74 53 E-mail : [email protected] - [email protected]

Les fonctionnalités principales de la plateforme sont les suivantes :

► Formatage des données selon les standards de l’OGC (O&M, SensorML).

► Stockage des données dans une base de données Open Source (PostgreSQL).

► Visualisation des séries temporelles via un client Web (JavaScript).

► Accès aux données pour des applications « machine to machine » au standard OGC (SOS).

► Téléchargement des données au format CSV.

► Le déploiement de cette plateforme, permet d’ajouter un nouveau composant dans l’Infrastructure de Données Spatiales (IDS) www.webservice-energy.org développé par le Centre Observation, Impacts, Energie (O.I.E.) de MINES ParisTech / ARMINES. Ceci s’inscrit dans une vision stratégique visant à créer un point d’accès de référence pour la communauté des utilisateurs de données d’observation de la Terre pour les énergies renouvelables et l’environnement. Un nombre déjà conséquent de nouvelles séries temporelles de mesure in-situ sont en cours de validation en vue de leur déploiement dans la plateforme.

Figure 1 : Client Web permettant

la visualisation des données sous

forme de graph.

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OBJECTIFS DU PILOTE

Le projet SUBSTR-AL (SUBSTRat céramique d’électronique de puissance de grande surface intégrant un Dissipateur de chaleur en ALuminium) vise à proposer une solution d’assemblage utilisant un colaminé Cu/Al et deux étapes de brasage, Al/Al et Cu/Cu, pour améliorer fortement les performances thermiques d’un ensemble Substrat/Dissipateur utilisé en électronique de puissance.

RÉALISATIONS

Quatre variantes du procédé d’assemblage sont en cours d’étude :

► 1-1 Assemblage Colaminé AlCu/Dissipateur Al par brasage Zn-Al, puis Assemblage Colaminé AlCu/Substrat par brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : Brasure ZnAl reçue 05/09 ; 1er essai S38

► 1-2 Dépôt Ag-Verre sur Dissipateur Al, puis Assemblage Colaminé AlCu/Dissipateur Al par frittage de nano-Ag, puis Assemblage Colaminé AlCu/Substrat par brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : Dépôt Ag-Verre en cours au Japon

► 2-1 Assemblage Feuille Cu/Dissipateur Al par brasage eutectique Al-Cu, puis Assemblage Cu/Substrat par brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : Recherche des paramètres T°,P, tps du brasage eutectique pour éviter le fluage de l’Aluminium

► 2-2 Dépôt Couche Cu sur Dissipateur Al par projection plasma, puis Surfaçage et Assemblage Cu/Substrat par brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : En attente envoi commande CEA pour dépôt Cu


SUBSTR-AL

CONTACT

CEA-LITEN/DTNM/SERE/LTE Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Thierry BAFFIE Ingénieur de RechercheTél. : +33 (0)4 38 78 93 79 E-mail : [email protected]

► Collecter les infrasons présents dans la nature et les convertir en électricité,

Jonction Cu/Al obtenue par brasage eutectique et pour laquelle les paramètres d’assemblage ont conduit au fluage d’une partie de la pièce en aluminium

Image SAM de l’interface Al/Cu de la pièce précédente ; l’absence de zones blanches au centre de l’image atteste de la bonne adhérence des pièces (les traits blancs correspondent au trou dans lequel était placé le thermocouple de mesure).

OBJECTIFS DU PILOTE

Optimiser numériquement les rendements énergétiques et réaliser une pico-hydrolienne carénée innovante calibrée pour une production d’électricité décentralisée, à coût-objectif. Répondre à un besoin d’exploitation de rivières peu profondes à faible coût.

RÉALISATIONS

► L’étude consiste à utiliser des outils numériques pour obtenir des géométries de structures carénées optimisées pour maximiser l’énergie cinétique récupérable par la turbine à axe vertical.

► Les principales caractéristiques de la pico-hydrolienne présentée ci-dessous sont relatives à sa fiabilité de fonctionnement et à son rendement énergétique.


► Robustesse de fonctionnement et facilité d’installation/maintenance.

► Efficacité énergétique maximisée : de 100 w à 20 kw

► Fournir en énergie des sites isolés à partir de l’exploitation de rivières de faible profondeur.

► Production d’énergie non-intermittente .

TRIP2

Turbine pour Rivière Peu Profonde

CONTACT

Laboratoire LEGI (Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels)


Guillaume BALARAC Chercheur / Maître de conférence GRENOBLE INPTél. : 04.76.82.51.42E-mail : [email protected]

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Ignon


OBJECTIFS DU PILOTE

Transformation de la vitesse de l’air extrait d’une VMC en énergie électrique à l’aide de micro-éolienne intégré dans le réseau d’extraction. Autoconsommation de l’énergie électrique produite pour l’alimentation de la VMC.

RÉALISATIONS

► L’étude a consisté à réaliser et intégrer une micro-éolienne dans une gaine de venti lation afin de valoriser la vitesse d’air du système de ventilation.

► Ce dispositif est facilement intégrable en sortie d’une gaine de ventilation mécaniquement contrôlée fréquemment installée dans une maison individuelle.


VMC Eole

CONTACT

DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Nicolas AURIAC Chef de projet / Ingénieur ChercheurTél. : +33 (0)4 42 25 20 75 E-mail : [email protected]

► Transformation et valorisation de la vitesse d’air en sortie d’une gaine de ventilation en énergie électrique

► Système d’intégration et de fixation de la micro-éolienne dans la gaine

► Gain électrique 10 Watts

OBJECTIFS DU PILOTE

Le projet WiTEG (Wireless ThermoEletric Generator) a pour principal objectif d’étudier et développer une maquette générique de générateur thermoélectrique associé à un panel de capteur sans-fil permettant d’adresser les principaux besoins d’utilisateurs industriels en terme de mesure / d’instrumentation (température, vibration, humidité, NOx, Co2) et de température de fonctionnement (30 – 300°C).Ce pilote permettra de faciliter l’adoption de la technologie thermoélectrique pour l’alimentation de capteurs sans fils et autonomes par des exemples d’utilisations simples et perspicaces : mesure de température / CO2 sur ligne d’évacuation de gaz procédé, mesure matricielle de température d’un procédé industriel (sans fil)…

RÉALISATIONS

► Ce projet vise à réaliser un dispositif intégrant un générateur thermométr ique et un diss ipateur t h e r m i q u e a d a pté à u n e l a rg e g a m m e d e température de fonctionnement couplé à un dispositif électronique de régulation de tension permettant d’alimenter quelques capteurs sans-fi l (protocole Bluetooth low energie).

► Le boitier du pilote sera conçu pour servir de dissipateur thermique pour le générateur thermoélectrique tout en assurant le maintien de l’ensemble des composants dans une interface facile à manipuler et à placer dans une installation industrielle.

► Les mesures et signaux provenant des capteurs seront interprétés et visualisés via un smartphone ou une tablette pour la démonstration.


WiTEG

Nœud de communication sans fil autonome

CONTACT

CEA/LITEN/Laboratoire de ThermoélectricitéMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Tristan CAROFF Chargé de projet systèmes thermoélectriques Tél. : +33 (0)4 38 78 04 24 E-mail : [email protected]

► Elimination des fils sur un grand nombre de capteurs

► Facilite l’ajout de capteurs additionnels pour la maintenance préventive d’équipements

► Elimine toute maintenance pour le remplacement des piles sur ce type de capteurs sans fils

Figure 1 : L’association d’un générateur thermoélectrique associé à de l’électronique basse consommation permet aujourd’hui de développer les nouveaux nœuds de mesure sans fil autonome pour l’industrie de demain : générateur thermoélectrique (a), électronique basse consommation (b), illustration d’un dispositif thermoélectrique multi capteur avec boitier échangeur compact

Ce dispositif présente l’avantage d’être sans fil, autonome, compact et adresser un nouveau besoin de capteurs sans fils facilement imprèsentable sur des installations et des procédés industriels présentant des zones « chaudes ».

(a) (b) (c)

OBJECTIFS DU PILOTE

Mettre en valeur une solution innovante de pile à combustible planaire segmentée de puissance intermédiaire de l’ordre de 100W à 2kW, pour une application drones, ainsi que les batteries Lithium Soufre haute énergie moyenne puissance en cellules rigides cylindriques de type 18650.

RÉALISATIONS

► Les maquettes de pile à combustible planaire et de pack batteries lithium soufre seront positionnées avec tout le système (compresseur, réservoir, vanne, pack), dans une maquette de drone à voilure fixe afin de montrer l’intégration possible dans les ailes.


WQT

CONTACT

LITEN/DEHT/LMMembre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Rémi VINCENT Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 06 98 E-mail : [email protected]

► Fonctionnalités / caractéristiques / valeur ajoutée

► Les intérêts majeurs du format de la pile à combustible, sont d’une part de réduire la masse de la pile et de simplifier son système (en particulier son circuit de refroidissement), et d’autre part de rajouter des fonctionnalités de gestion de la tension et intégrer des fonctions de gestion électrique (micro-hybridation, électronique de puissance), directement sur le PCB de la pile. De plus, de par la structure segmentée de la cellule, les fonctions d’isolement de défaut permettent une meilleure disponibilité de la pile en cas de défaut.

► À masse équivalente, les batteries lithium-soufre présentent une autonomie trois fois plus importante que celle des batteries lithium-ions qui alimentent la plupart de nos objets quotidiens. Aussi elles se positionnent pour des applications où l’on a besoin de beaucoup d’énergie dans une masse réduite comme pour les drones.

Batterie Lithium soufre type 18650

Dessin de principe de la maquette

Système piles à combustible planaire

OBJECTIFS DU PILOTE

Evaluer la capacité du procédé de fabrication additive métal pour réaliser des pièces complexes d’échangeurs thermiques

RÉALISATIONS

L’étude a consisté à réaliser des pièces à structures internes complexes par impression laser de poudres métalliques. La technique utilisée est le procédé SLM (Selective Laser Melting), qui consiste à venir construire couche par couche une pièce fonctionnelle en venant imprimer une poudre métallique (ici un alliage d’aluminium).

L’intérêt est multiple :

► pouvoir intégrer, à la construction de la pièce, des structures internes complexes (canaux, motifs poreux / structure lattice) ;

► éliminer les phases d’assemblage.


X3D

Pièces d’échangeurs réalisées par impression 3D métallique

CONTACT

Laboratoire de thermoélectricité DRT/LITEN/DTNM/SERE/LTE Membre de L’Institut Carnot Énergies du [email protected] | Tél. : 04 76 82 62 93

Gilles GAILLARD Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 22 77 E-mail : [email protected]

► Obtention d’une géométrie complexe en une seule opération de fabrication.

2 instituts Carnot moteurs de la recherche partenariale

Accompagner le changement par l’innovation

www.carnot-mines.eu

5 domaines d’expertises scientifiques

Sciences de la terre et de l’environnement Énergétique et génie des procédés Sciences et génie des matériaux Mathématiques appliquées, informatique, automatique Économie, management, société

Enjeu /

Thématique

Réduction de la dépendance aux matières

premières

Maîtrise du réchauffement

climatique

Inscription du développement durable dans l’économie

Adaptation à la vitesse et à

l’amplification du développement

économique

Transition écologique

Transition énergétique

Processus d’innovation

3 champs thématiques pour répondre aux défis socioéconomiques

Une offre personnalisable

Variété de formats

• Contrats directs de recherche et études

• Contrats cadres

• Projets collaboratifs de recherche

• Prestations techniques / contrats d’expertise

• Licences d’exploitation

• Chaires de mécénat, Chaires industrielles

• Formation continue

• Journées industrielles thématiques

Variété de moyens• Mise à disposition de chercheurs

• Recrutement de doctorants

• Expertises scientifiques

• Plateformes technologiques

Répartition de l’activité contractuelle directe

Doctorats engagés par an

1 15025

Créations d’entreprises par an

Publications par an

75% 25% 300

grands groupe

PME & ETI

Méthodes InNovantes pour l’Entreprise et la SociétéL’institut Carnot M.I.N.E.S s’est construit sur sa pratique de la « recherche orientée » vers l’entreprise et la société. Ses membres, 8 écoles d’ingénieurs et Armines, s’appuient sur un socle académique pluridisciplinaire enrichi par 50 ans de réponses aux besoins des acteurs du monde socioéconomique.Véritable source d’inspiration pour les entreprises en quête d’innovation, l’institut Carnot M.I.N.E.S tire sa force de sa motivation à lever les verrous scientifiques. Outre son large spectre d’expertise, la communauté de 1 700 personnels de recherche dispose d’une expérience en transfert technologique.

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www.instituts-carnot.eu

Institut Carnot M.I.N.E.S60, Boulevard Saint Michel75272 Paris cedex 06www.carnot-mines.eu

CONTACTS

St-Étienne

Gardanne

Nantes

Douai

ParisSaclay

Palaiseau ÉvryFontainebleau

Alès

NîmesAlbi

Pau Sophia Antipolis

Localisation géographique des laboratoires répartis dans les écoles membres de l’institut Carnot M.I.N.E.S

Innovation avec les PME /ETI

L’institut Carnot M.I.N.E.S est partenaire de 6 projets sur les 8 sélectionnés dans le cadre de l’appel à projet Filières ouvert en 2015 par le Commissariat général à l’investissement. L’objectif est de renforcer la capacité des laboratoires à s’approprier les verrous scientifiques portés par les PME et ETI des filières de demande économique suivantes :

• Mode et Luxe (M.I.N.E.S coordinateur)• Énergie• Industrie extractive• Industrie mécanique• Construction aéronautique• Santé-médicaments

CARATSFilière « Mode et Luxe »

5 défis identifiés :• Développement durable• Création et ingénierie• Image et identité de la marque• Luxe du futur• Management de l’innovation

et des compétences

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Construction aéronautique

Mode et Luxe (M.I.N.E.S coordinateur)

Énergie

Industrie Extractive Santé-Médicaments Industrie Mécanique

Damien GOETZ Directeur du Carnot M.I.N.E.S

Denis HUGUENIN et Yannick VIMONT Directeurs adjoints

Agnès LABOUDIGUE Directrice opérationnelle

Contacts 01 40 51 92 19 [email protected]

Recettes partenariales industrielles : 34 M€Budget consolidé : 108 M€

Personnels de recherche (ETP) : 1 754dont doctorants : 813

Conception d’échangeurs innovants pour procédés à haute performance dans l’industrie automobile.Par MINES Douai en partenariat avec Valéo, GEA, Technip et Wieland.

Accélérez votre innovation dans les nouvelles technologies de l’énergie

L’institut Carnot Energies du futur développe une recherche de pointe sur les nouvelles technologies de l’énergie.

Sur toute la chaîne de valeur de l’innovation, les laboratoires de l’institut Carnot Energies du futur offrent aux entreprises des compétences étendues et des moyens expérimentaux, couvrant la production d’énergie, sa conversion, l’optimisation des usages et les technologies associées.

www.energiesdufutur.fr

PRODUCTION D’ÉNERGIES RENOUVELABLES TECHNOLOGIES TRANSVERSES

RÉSEAUX D’ÉNERGIES INTELLIGENTS

Réseaux / Smart Grid,

Smart Home et Smart City

Solaire Biomasse et bioressources

Énergies marines et

hydraulique

Matériaux et procédés pour l’énergie

STOCKAGE, DISTRIBUTION ET CONVERSION

Électricité Hydrogène et gaz

Chaleur Stockage Distribution et transport

Analyse du cycle de vie

NOUVEAUX USAGES À HAUTE EFFICACITÉ

Bâtiment à faible impact

Transport, mobilité

Efficacité énergétique

des procédés industriels

Modélisation et supervision

Une offre de compétences structurée

environnemental

www.instituts-carnot.eu

CONTACTS

Emmanuel DAMERY +33 (0)4 38 78 30 07 +33 (0)6 47 10 34 50

Élisabeth BROCHIER +33 (0)4 76 82 71 68 [email protected]

Institut Carnot Energies du FuturBâtiment GreEn-ER21 avenue des martyrs - CS 9062438031 Grenoble CEDEX 1

Recettes partenariales industrielles : 80 M€Budget consolidé : 160 M€

Personnels de recherche (ETP) : 1 377dont doctorants : 435

Principaux équipements et plateformes pour l’énergie

Procédés d’élaboration matériaux Matériaux fonctionnels Nano-caractérisation Énergies marines et hydraulique Solaire thermique et photovoltaïque Biomasse et bioressources Production d’hydrogène et stockage Piles à combustible Batteries Mobilité électrique Logiciels de gestion énergétique Smart Grid et distribution

Marchés adressés• Énergies à faible empreinte carbone

• Efficacité énergétique

• Nouveaux usages de l’énergie

- Réseaux

- Transport

- Bâtiment

- Industrie

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