50 preuves de concept innovantes
issues de la recherche publique
Énergie
& Innovations
►► www.avenepme.eu
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l’État, via le programme d’investissements d’avenir (P...
OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif est de réaliser un démonstrateur innovant (brevet
en cours de dépôt) qui permettra de posit...
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Système de récupération de la chaleur fatale et la convertir
en énergie électrique à travers un cycle ...
OBJECTIFS DU PILOTE
Le bâtiment connecté arrive à grande vitesse. Il est
nécessaire que nos entreprises maitrisent ces tec...
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Développement d’un progiciel innovant permettant de
déterminer les propriétés thermodynamiques du util...
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L’étude a consisté à fabriquer une preuve de concept
démontrant la capacité de réaliser un système sim...
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Elaboration des nouveaux catalyseurs performants pour la
synthèse Fisher-Tropsch (FT).
Synthèse de bio...
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L’objectif du pilote est d’intégrer au niveau des parois
métalliques d’un container maritime réhabilit...
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Les entreprises développant des systèmes utilisant
l’énergie solaire doivent se différencier par l’inn...
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►► Valider la récupération de frigories à partir du CO2
séparé sous forme solide du biogaz
►► Générer ...
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Etudier l’utilisation de modules photovoltaïques organiques
pour des applications d’intérieur (aliment...
CONTACT
Laboratoire GIPSA-LAB (Grenoble Images Parole Signal Automatique)
Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur
co...
OBJECTIFS DU PILOTE
Réaliser une maquette pédagogique multiplublic de notre
démonstrateur SOEC/SOFC réversible pour exposi...
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Montrez le fonctionnement des sondes de détection
d’encrassement
RÉALISATIONS
►► Le dispositif hydraul...
OBJECTIFS DU PILOTE
Dans le cadre de la transition énergétique, la mise en
place de solutions alternatives pour la mobilit...
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Réaliser le séchage de la biomasse en utilisant uniquement
l’énergie solaire et sans exposer directeme...
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Réaliser un outil de caractérisation automatique
de composants magnétiques basé sur des mesures
d’impé...
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Etudier la récolte des microalgues par floculation par des
méthodes électrochimiques et phototactiques...
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Réaliser un générateur de vapeur hybride permettant la
production de vapeur de manière très stable et ...
OBJECTIFS DU PILOTE
Développement et démonstration d’un prototype de
production de froid (Frigo industriel ou climatisatio...
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Développer un système de gestion de batteries (dit BMS
pour Battery Management System) pilotable depui...
OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet vise à fabriquer des micro-aimants présentant des
détails sub-millimétriques pour des systèm...
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Mettre en avant la reproductibilité et la capacité de
fabrication haute cadence de µobjets par le proc...
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Fort de son expérience dans la conception et la réalisation
de systèmes piles à combustibles, le DEHT ...
OBJECTIFS DU PILOTE
Montrer le potentiel d’un caloduc pulsé pour transmettre
l’énergie thermique à distance sans élément a...
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Elaboration d’un outil commercial en vue du développement
de systèmes SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell : pi...
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Construire une maquette Contrôle Commande d’un réseau
THT/HTA dont l’innovation consiste à démontrer q...
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L’objectif du pilote est d’étudier et de mettre en évidence
l’impact sur la température intérieure du ...
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Etudier l’apport de cultures de microalgues en photo-
bioréacteurs en façades de bâtiment pour la gest...
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La valorisation énergétique des déchets plastiques
excédentaires pour la production de fuel valorisabl...
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►► Produire des biomasses microalgales à composition
biochimique spécifique en vue d’une utilisation d...
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Conception d’un extracteur de chaleur par conduction en
vue de développer un capteur solaire PV/T hybr...
OBJECTIFS DU PILOTE
►► Construire et tester des dispositifs de culture de micro-
algues comportant des matériaux permettan...
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Estimer et améliorer le modèle énergétique d’un bâtiment
grâce à un logiciel d’acquisition de données,...
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Extraction et valorisation des Terres Rares contenues dans
les aimants de type Néodyme Fer Bore par un...
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Développement d’un procédé innovant de réfrigération
hybride permettant de déshumidifier l’air pour év...
OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du travail a consisté à imaginer et maquetter un
des composants de ces dispositifs « double...
OBJECTIFS DU PILOTE
La régénération des chaleurs perdues en électricité est
de plus en plus nécessaire afin de diminuer le...
OBJECTIFS DU PILOTE
Faire évoluer un réacteur de déposition par couche
atomique spatiale (Spatial ALD) pour pouvoir dépose...
OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet SensTag (SENSing RFID TAG) consiste à optimiser
les coûts de fabrication de tags RFID UHF, a...
OBJECTIFS DU PILOTE
Collecter de l’énergie solaire concentrée, sur une toiture
de bâtiment, pour être source chaude (jusqu...
OBJECTIFS DU PILOTE
Production de chaleur solaire jusque 250°C low-cost.
RÉALISATIONS
►► Le capteur solaire est composé de...
OBJECTIFS DU PILOTE
►► Étudier la cristallisation de sorbets d’hydrates en vue
de leur utilisation en climatisation en tan...
OBJECTIFS DU PILOTE
►► Étudier l’utilisation des électrodes avec un revêtement de
nanoparticules dans un résonateur acoust...
OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du pilote est de fournir aux industriels, développeurs
de projets et gestionnaires de ferme...
OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet SUBSTR-AL (SUBSTRat céramique d’électronique
de puissance de grande surface intégrant un Dis...
OBJECTIFS DU PILOTE
Optimiser numériquement les rendements énergétiques et
réaliser une pico-hydrolienne carénée innovante...
OBJECTIFS DU PILOTE
Transformation de la vitesse de l’air extrait d’une VMC en
énergie électrique à l’aide de micro-éolien...
OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet WiTEG (Wireless ThermoEletric Generator) a pour
principal objectif d’étudier et développer u...
OBJECTIFS DU PILOTE
Mettre en valeur une solution innovante de pile à combustible
planaire segmentée de puissance interméd...
OBJECTIFS DU PILOTE
Evaluer la capacité du procédé de fabrication additive
métal pour réaliser des pièces complexes d’écha...
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Au service de la compétitivité des PME par l’innovation dans les énergies.

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.

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  1. 1. 50 preuves de concept innovantes issues de la recherche publique Énergie & Innovations ►► www.avenepme.eu
  2. 2. 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
  3. 3. 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 soleil : le système entièrement manuel (c’est la personne qui actionne le volet), le système électrique (la personne actionne une télécommande qui commande une motorisation) et le système automatique (électrique) avec un capteur d’ensoleillement. 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. Il améliore la performance énergétique d’un bâtiment. L’été, il modère l’entrée de lumière donc l’apport calorifique 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Sébastien QUENARD Ingénieur R&D Tél. : +33 (0)4 38 78 08 93 E-mail : sebastien.quenard@cea.fr
  4. 4. 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 pression 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Stéphane COLASSON Chef de laboratoire Tél. : +33 (0)4 38 78 20 82 E-mail : stephane.colasson@cea.fr
  5. 5. 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 intégrant des systèmes de CVC, production 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | 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 WURTZ Enseignants / Chercheurs Tél. : 04.76.82.62.77 |E-mail : Prenom.Nom@grenoble-inp.fr http://predis.grenoble-inp.fr/smartbuilding Créditsphotos:©P.tAVAVIAN Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  6. 6. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE BIOGAS Properties Spécification des propriétés thermodynamiques du biogaz CONTACT Centre thermodynamique des procédés (CTP) MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S Marco CAMPESTRINI Ingénieur de recherche Tél. : +33 (0)1 64 69 49 63 E-mail : marco.campestrini@mines-paristech.fr ►► Accès rapide à la valeur de la propriété ►► Confiance dans le résultat (évaluation par rapport aux données expérimentales) ►► Possibilité de couplage avec des logiciels de dimensionnement d’unité ►► Accès rapide au diagramme de phases ►► Prise de décision ►► Faisabilité de l’opération rapidement évaluée
  7. 7. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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/L2N Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Christophe BROUARD Ingénieur Chercheur Tél. : +33 (0)4 38 78 20 10 E-mail : christophe.brouard@cea.fr 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).
  8. 8. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE CARBIORANT Combustibles issus de biomasse, de co-produits et de déchets CONTACT Centre RAPSODEE Mines Albi - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S Ange NZIHOU Professeur, Directeur du centre RAPSODEE Tél. : +33 (0)5 63 49 32 22 E-mail : ange.nzihou@mines-albi.fr ►► 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.
  9. 9. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Karine ZUNINO Responsable Axe Bâtiment Méditerranéen Tél. : +33 (0)4 42 25 22 13 E-mail : karine.zunino@cea.fr
  10. 10. OBJECTIFS DU PILOTE Les entreprises développant des systèmes utilisant 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 matér iels nécessai res pou r per met tre le développement et le test de CRE. ►► Dans ces conditions, nous avons entrepris de développer une nouvelle 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE CRESUS Contrôleurs Régulateurs Embarqués pour des Systèmes Utilisant l’énergie Solaire CONTACT Centre PERSEE MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S Patrick GATT Ingénieur Tél. : +33 (0)4 93 95 74 47 E-mail : patrick.gatt@mines-paristech.fr ►► 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
  11. 11. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE CryoGS Système CryoGS® de purification et de liquéfaction de biométhane CONTACT CES MINES ParisTech - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S Rodrigo RIVERA TINOCO Tenure Track – Transfert gaz-liquide et procédés Tél. : +33 (0)1 69 19 17 29 E-mail : rodrigo.rivera_tinoco@mines-paristech.fr ►► 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
  12. 12. 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 alimenté par un module photovoltaïque organique qui a été intégré et couplé avec une batterie. Les différents composants sont décrits sur la photo ci-dessous : CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Noëlla LEMAITRE Ingénieur chercheur Tél. : +33 (0)4 79 79 22 69 E-mail : noella.lemaitre@cea.fr Dessin de principe de la maquette
  13. 13. CONTACT Laboratoire GIPSA-LAB (Grenoble Images Parole Signal Automatique) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 Cornel IOANA Chercheur / Maître de conférence GRENOBLE INP Tél. : 04.76.82.64.57 E-mail : cornel.ioana@gipsa-lab.fr 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 1 2 3 1 | Antenne électromagnétique 2 | Capteurs acoustiques 3 | Électronique embarquée CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE DEMA’LOC Distributed ElectroMagnetic Acoustic LOCalization Créditsphotos:©CEA-Liten/L.CHAMUSSY Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S ►► 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°
  14. 14. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► Démonstrateur pédagogique ►► Composants grandeur réelle ►► Contenu visuel multiplublic DEMO-rSOC CONTACT LITEN/DTBH/SCSH/PLH Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Guilhem ROUX Ingénieur Chercheur Chef de Laboratoire Tél. : +33 (0)4 38 78 03 84 E-mail : guilhem.roux@cea.fr
  15. 15. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► Détection d’encrassement ►► Faible encombrement et coût ►► Démonstration de l’opérationnalité de l’algorithme de détection. Détective CONTACT LITEN/DTBH/STCR/LER Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Alain MEMPONTEIL Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 35 31 E-mail : alain.memponteil@cea.fr
  16. 16. 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 , et notamment une 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ENERGY OBSERVER CONTACT Laboratoire Systèmes PEMFC Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Didier BOUIX Ingénieur Chef de projet Tél. : +33 (0)4 38 78 41 58 E-mail : didier.bouix@cea.fr ►► 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)
  17. 17. 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). CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Gatien FLEURY Ingénieur Chercheur Tél. : +33 (0)4 42 25 72 11 E-mail : gatien.fleury@cea.fr
  18. 18. OBJECTIFS DU PILOTE Réaliser un outil de caractérisation 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 Jean-Paul FERRIEUX Professeur à l’UGA (Université Grenoble Alpes) Tél. : 04.76.82.63.02 E-mail : Jean-Paul.Ferrieux@g2elab.grenoble-inp.fr Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  19. 19. 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 : CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Florian DELRUE Ingénieur Chercheur Tél. : +33 (0)4 42 25 72 22 E-mail : florian.delrue@cea.fr
  20. 20. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE GENVAP CONTACT LITEN/DTBH/SCSH/PLH Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 André CHATROUX Ingénieur Chercheur Chef de projets Tél. : +33 (0)4 38 78 25 64 E-mail : andre.chatroux@cea.fr ►► Utilisation d’une source chaude pour générer de la vapeur → Efficacité énergétique ►► Système unique et sans concurrence sur cette gamme de débits
  21. 21. 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 CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE HYBRIPAC CONTACT DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Nicolas AURIAC Ingénieur Chercheur Chef de projets Tél. : +33 (0)4 42 25 20 75 E-mail : nicolas.auriac@cea.fr ►► 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
  22. 22. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE M2P MoonPlugPro CONTACT Laboratoire LSEC (LITEN/DTS/S3E/Laboratoire de Stockage ElectroChimique) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Arnaud DELAILLE Ingénieur Chef de projet Tél. : +33 (0)4 79 79 21 71 E-mail : arnaud.delaille@cea.fr 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
  23. 23. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Gérard DELETTE Ingénieur de recherche Tél. : +33 (0)4 38 78 38 53 E-mail : gerard.delette@cea.fr ►► 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.
  24. 24. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE Micromedicis Moule d’injection µPIM multi-empreinte CONTACT LITEN LRVM Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Denis VINCENT Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 90 58 E-mail : denis.vincent@cea.fr ►► 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.
  25. 25. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE MIPEM Modular Integrated PEM fuel cell CONTACT CEA/DRT/LITEN/DEHT/STP Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Sebastien BENOIT Responsable du service piles à combustible PEMFC Tél. : +33 (0)4 38 78 29 92 E-mail : sebastien.benoit@cea.fr ►► 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 brique technologique. Par ailleurs, cet outil 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.
  26. 26. 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 matérialisé 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 CONTACT LITEN/DTBH/STCR/LER Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Alain MEMPONTEIL Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 35 31 E-mail : alain.memponteil@cea.fr
  27. 27. 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 : CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE OUPS OUtil de Pré-dimensionnement de Systèmes SOFC/SOEC CONTACT CEA/LITEN/Service Composants et Systèmes Hydrogène Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Julie MOUGIN Chef de service Tél. : +33 (0)4 38 78 10 07 E-mail : julie.mougin@cea.fr
  28. 28. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 CONTACT Laboratoire G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 Raphaël CAIRE Chercheur / Maître de conférence GRENOBLE INP Tél. : 04.76.82.63.61 E-mail : raphael.caire@grenoble-inp.fr Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  29. 29. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE PERSPIMAT CONTACT DRT/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Karine ZUNINO Responsable Axe Bâtiment Méditerranéen Tél. : +33 (0)4 42 25 22 13 E-mail : karine.zunino@cea.fr ►► Impact d’une paroi perspirante sur le confort d’été des bâtiments Contreventement pare-pluie Tasseau de bois permettant de créer la lame d’air Bardage en bois
  30. 30. 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 : CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE PHOCOTHER CONTACT DRT/CTREG/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Florian DELRUE Chercheur Ingénieur Tél. : +33 (0)6 86 52 05 68 E-mail : florian.delrue@cea.fr ►► 1ère étape du projet réalisé : 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
  31. 31. 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 : CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE Plastifuel Pyrolyse des déchets de matières plastiques pour la production d’un carburant valorisable CONTACT DSEE Mines Nantes - Armines Membre de L’Institut Carnot M.I.N.E.S Mohand TAZEROUT Professeur Tél. : +33 (0)2 51 85 82 74 E-mail : mohand.tazerout@mines-nantes.fr ►► 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
  32. 32. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Jean-François SASSI / Florian DELRUE Group Manager / Chercheur - Ingénieur CEA Tél. : +33 (0)4 42 25 74 86 / +33 (0)4 42 25 72 22 E-mail : Jean-Francois.sassi@cea.fr / florian.delrue@cea.fr ►► Identification 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.S Nicolas LE MOIGNE Enseignant Chercheur Tél. : +33 (0)4 66 78 53 02 E-mail : nicolas.le-moigne@mines-ales.fr
  33. 33. 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 utilisant 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Ya Brigitte ASSOA Ingénieure de recherche Tél. : +33 (0)4 79 79 21 46 E-mail : ya-brigitte.assoa@cea.fr ►► 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.
  34. 34. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE RAYFLEX RAYonnement FLEXible pour la photosynthèse CONTACT CEATech (CTREG/DPACA) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Gatien FLEURY Ingénieur Chercheur Tél. : +33 (0)4 42 25 72 11 E-mail : gatien.fleury@cea.fr ►► 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).
  35. 35. 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 énergétique par actions sur les consignes 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Professeur Tél. : +33 (0)3 27 71 24 45 E-mail : stephane.lecoeuche@mines-douai.fr ►► 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.
  36. 36. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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 Néel Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 Sophie RIVOIRARD Chercheur CNRS Tél. : 04.76.88.90.32 E-mail : sophie.rivoirard@neel.cnrs.fr | http://neel.cnrs.fr Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  37. 37. 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 réfrigération 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Scientifique Tél. : +33 (0)1 69 19 45 18 E-mail : assaad.zoughaib@mines-paristech.fr ►► Echange simultanée de chaleur et d’humidité ►► Séparation entre l’air et l’absorbant ►► Bas coût
  38. 38. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE REIPTA Récupérateur Enthalpique Innovant Pour le Traitement de l’Air CONTACT LITEN/DTS/SBST Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Ophélie OUVRIER et Mathieu MARIOTTO Ingénieurs chercheurs Tél. : +33 (0)4 79 79 22 11 ou 04 79 79 21 14 E-mail : ophélie.ouvrierbonnaz@cea.fr ou mathieu.mariotto@cea.fr ►► 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.
  39. 39. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 centre Tél. : +33 (0)1 69 19 42 38 E-mail : maroun.nemer@mines-paristech.fr ►► 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).
  40. 40. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► 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) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 David MUÑOZ-ROJAS Chercheur CNRS Tél. : +33 (0)4 56 52 93 54 E-mail : david.munoz-rojas@grenoble-inp.fr Créditsphotos:©Polartec Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  41. 41. 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 CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE SENSTAG SENSing RFID TAG CONTACT LITEN/DTNM/LCE Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Romain COPPARD Responsable Programmes Tél. : +33 (0)4 38 78 04 10 E-mail : romain.coppard@cea.fr ►► Interrogation à Distance d’un tag avec capteur ►► Faible coût : antenne + capteurs imprimées avec report de puce sur substrat PET/PEN ►► Mince, léger, flexible
  42. 42. 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 verticalement, à collecter dans un récepteur (échangeur) ou réacteur situé à l’intérieur d’un bâtiment. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE SOLARBEAM Collecteur 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 : bezian@mines-albi.fr ►► Source chaude renouvelable de procédés industriels (réacteur chimique, pyrogazéification …) ►► Four solaire adapté aux bâtiments industriels
  43. 43. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE SOLAR BOX ONE CONTACT LSHT (Laboratoire des Systèmes Solaires Hautes Températures) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Raphael ALBERT Ingénieure Tél. : +33 (0)4 79 79 22 53 E-mail : raphael.albert@cea.fr ►► 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
  44. 44. 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.) CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 : douzet@emse.fr ►► 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
  45. 45. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE SOUND ENERGY CONTACT CEA/DRT/DPACA Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Christophe DUMAS Chef de Groupe Thermique Tél. : +33 (0)4 42 25 28 35 E-mail : christophe.dumas@cea.fr ►► Collecter les infrasons présents dans la nature et les convertir en électricité,
  46. 46. 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 CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 : lionel.menard@mines-paristech.fr - thierry.ranchin@mines-paristech.fr 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. Créditsphotos:©Thirdstep
  47. 47. 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 CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE SUBSTR-AL CONTACT CEA-LITEN/DTNM/SERE/LTE Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Thierry BAFFIE Ingénieur de Recherche Tél. : +33 (0)4 38 78 93 79 E-mail : thierry.baffie@cea.fr ►► 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).
  48. 48. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE ►► Robustesse de fonctionnement et facilité d’installation/ maintenance. ►► Efficacité énergétique maximisée : de 100 w à 20 kw ►► Fournirenénergiedessitesisolésàpartirdel’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) Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04.76.82.62.93 Guillaume BALARAC Chercheur / Maître de conférence GRENOBLE INP Tél. : 04.76.82.51.42 E-mail : guillaume.balarac@grenoble-inp.fr Créditsphotos:©L’Ignon Crédits photos : ©AVENE PME / ©Institut Carnot Énergies du Futur / ©Institut Carnot M.I.N.E.S
  49. 49. 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 ventilation 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE VMC Eole CONTACT DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Nicolas AURIAC Chef de projet / Ingénieur Chercheur Tél. : +33 (0)4 42 25 20 75 E-mail : nicolas.auriac@cea.fr ►► 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
  50. 50. 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 thermométrique et un dissipateur the r m ique adapté à une la rge gamme de température de fonctionnement couplé à un dispositif électronique de régulation de tension permettant d’alimenter quelques capteurs sans-fil (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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE WiTEG Nœud de communication sans fil autonome CONTACT CEA/LITEN/Laboratoire de Thermoélectricité Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Tristan CAROFF Chargé de projet systèmes thermoélectriques Tél. : +33 (0)4 38 78 04 24 E-mail : tristan.caroff@cea.fr ►► 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)
  51. 51. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE WQT CONTACT LITEN/DEHT/LM Membre de L’Institut Carnot Énergies du Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Rémi VINCENT Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 06 98 E-mail : remi.vincent@cea.fr ►► 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
  52. 52. 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. CARACTÉRISTIQUES ET VALEUR AJOUTÉE 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 Futur contact@energiesdufutur.fr | Tél. : 04 76 82 62 93 Gilles GAILLARD Ingénieur Tél. : +33 (0)4 38 78 22 77 E-mail : gilles-charles.gaillard@cea.fr ►► Obtention d’une géométrie complexe en une seule opération de fabrication.
  53. 53. 2 instituts Carnot moteurs de la recherche partenariale
  54. 54. 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 115025 Créations d’entreprises par an Publications par an 75% 25% 300 grands groupe PME & ETI Méthodes InNovantes pour l’Entreprise et la Société L’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. ©fotolia
  55. 55. www.instituts-carnot.eu Institut Carnot M.I.N.E.S 60, Boulevard Saint Michel 75272 Paris cedex 06 www.carnot-mines.eu CONTACTS St-Étienne Gardanne Nantes Douai Paris Saclay Palaiseau Évry Fontainebleau Alès Nîmes Albi 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 CARATS Filière « 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 ©fotolia 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  contact@carnot-mines.eu Recettes partenariales industrielles : 34 M€ Budget consolidé : 108 M€ Personnels de recherche (ETP) : 1754 dont 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.
  56. 56. 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

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