50 innovations dans les énergies d'avenir

50 preuves de concept innovantes
issues de la recherche publique
Énergie
& Innovations
►► www.avenepme.eu

Le programme AVENE PME (Avenir Énergie PME) est né de la volonté de
l’État, via le programme d’investissements d’avenir (PIA), de confier aux
organismes publics de recherche labellisés Carnot le soin d’amplifier
la collaboration avec les acteurs du monde socioéconomiques et
notamment les PME. Dans le domaine de l’énergie, les instituts Carnot
(IC) M.I.N.E.S et Energies du Futur ont collaboré à la structuration de ce
rapprochement avec cette catégorie d’entreprises :
• en proposant une offre technologique élargie,
• en déployant un processus unique et partagé de dialogue et d’échange.
En parallèle, les laboratoires du périmètre concerné ont été invités
à concevoir des preuves de concept pour illustrer leur savoir-faire et
enclencher le processus d’innovation.
Ce manuel présente 50 technologies, soit autant d’opportunités pour
les entreprises d’élargir leur offre commerciale en s’appuyant sur
l’exploitation des résultats de la recherche.
Au service de la compétitivité des PME
par l’innovation dans les énergies

OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif est de réaliser un démonstrateur innovant (brevet
en cours de dépôt) qui permettra de positionner des lames
de type brise soleil orientable de façon autonome (fonction
de l’apport solaire) sans aucun apport électrique.
RÉALISATIONS
►► Les bâtiments étant de mieux en mieux isolés pour
répondre aux nouvelles normes que cela peut impliquer
de la surchauffe à l’intérieur de ceux-ci ainsi qu’une
utilisation excessive de système climatique (représente
10% de la consommation électrique de l’habitat).
Les brises soleil permettent de protéger l’intérieur
d’un habitat de l’exposition solaire pour éviter cette
surchauffe et l’éblouissement. Cette surchauffe
s’adresse également aux bâtiments plus anciens
intégrés dans des régions très exposés à l’ensoleillement.
►► Il existe actuellement sur le marché trois systèmes
de commande concernant les brises 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

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.
►► 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)
Stéphane COLASSON
Chef de laboratoire
Tél. : +33 (0)4 38 78 20 82
E-mail : stephane.colasson@cea.fr

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.
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)
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Développement d’un progiciel innovant permettant de
déterminer les propriétés thermodynamiques du utilisable
par les PME concernées.
RÉALISATIONS
L’étude a visé à démontrer la faisabilité et l’utilité d’un progiciel
spécifique pour le calcul des propriétés thermophysiques du
biogaz. Le biogaz, pour rappel, est principalement constitué
de méthane (60-65%) et de dioxyde de carbone (jusqu’à
30%). Il comporte également des impuretés dont la nature et
la concentration dépendent du procédé de méthanisation.
Les impuretés qui peuvent être présentes dans le biogaz
sont l’eau, le sulfure d’hydrogène, les siloxanes, l’ammoniac,
l’oxygène et l’azote. La présence et la concentration de
ces impuretés influencent la conception des procédés de
purification du biogaz.
Le projet a consisté à réaliser un progiciel spécifique pour
les composants et les propriétés d’intérêt pour les TPE, PME
et ETI qui travaillent dans le domaine du biogaz. Une seule
impureté a été choisie au début (H2S) pour réaliser une version
démonstrative du progiciel. Le système d’intérêt était constitué
de méthane, dioxyde de carbone et de sulfure d’hydrogène.
Ce système ternaire a permis de développer l’architecture
de base du progiciel en façon de pouvoir ajouter dans un
deuxième temps les autres impuretés d’intérêt. Différents
modèles ont été incorporés :
►► des équations dites « reference equations of states »
qui ont été développées pour le CO2, CH4 et l’H2S (ces
équations sont sous la forme d’énergie libre de Helmholtz) ;
►► une équation issue d’un modèle dit « classical approach
for the fugacity of the solid phase» qui a été développée
pour tenir en compte de l’apparition d’éventuels dépôts
solides, ce qui rend le progiciel applicable également à
des procédés cryogéniques ;
►► des équations spécifiques pour la viscosité et la
conductivité thermique en phase fluide.
BIOGAS Properties
Spécification des propriétés
thermodynamiques du biogaz
CONTACT
Centre thermodynamique des procédés (CTP)
MINES ParisTech - 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

OBJECTIFS DU PILOTE
L’étude a consisté à fabriquer une preuve de concept
démontrant la capacité de réaliser un système simple de
purification de l’air respiré et d’apporter aux porteurs de
casques une protection vis-à-vis de la pollution particulaire
urbaine.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à intégrer dans un casque de cycliste
un dispositif permettant de charger les particules de
l’air, de les précipiter sur une paroi et ainsi de purifier
l’air respiré par un cycliste.
►► Ce dispositif utilise l’effet corona généré par une haute
tension (4000 V), permet de charger les particules
présentes dans l’air et de les déposer sur une paroi.
►► Ce dispositif n’utilise pas de système de pompage car
l’aspiration est induite par le système lui-même (vent
ionique de l’effet corona).
►► Les deux photographies ci-dessous décrivent le
prototype réalisé et quelles parties réalisées.
►► Le débit d’air actuel est entre 10 à 20 litres/minutes
suivant le mode de fonctionnement
►► L’efficacité de filtration du dispositif actuel atteint les
80% avec une vitesse de déplacement nulle et 30%
pour une vitesse du cycliste de 10 km/h.
►► Le dispositif actuel pèse entre 200 et 300 grammes,
a une autonomie de 3 heures et est totalement
autonome en énergie (3 piles type AA).
CAP
Casque à Air Purifié (pilote)
CONTACT
LITEN/DTNM/SEN/L2N
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).

OBJECTIFS DU PILOTE
Elaboration des nouveaux catalyseurs performants pour la
synthèse Fisher-Tropsch (FT).
Synthèse de biocarburants à partir du gaz de synthèse
(syngas) issus de la biomasse, co-produits et de déchets.
RÉALISATIONS
Cette étude consiste à préparer des catalyseurs ayant de
bonnes stabilités dans les conditions opératoires du procédé
Fisher-Tropsch (FT) en présence d’impuretés variées dans
le mélange de syngas telles que H2S, HCl, goudrons…
Pour cela, la maquette CARBIORANT a été conçue. C’est
un réacteur à lit fixe conçu pour les tests catalytiques à
l’échelle laboratoire. Ce dispositif permet de réaliser la
synthèse FT dans des conditions allant jusqu’à 500°C et 170
bars. Le schéma de principe de cette maquette est illustré
dans la figure à droite.
L’intérêt est multiple. Les composants principaux de cette
maquette sont :
►► Le bloc de préparation du syngas, avec notamment
des débitmètres massiques pour contrôler l’alimentation
du réacteur.
►► Le préchauffeur.
►► Le tube de réacteur catalytique.
►► Le bloc de condenseur pour récupérer des produits
(cires, biocarburants).
►► Le bloc des analyseurs pour les phases gazeuses
(µ-GC), liquides (CPG avec option SIMDIST). Cette
partie est en collaboration avec GRDF, qui finance en
partie les analyseurs.
►► La centrale de sécurité, permettant de détecter la
présence des gaz dangereux.
CARBIORANT
Combustibles issus de biomasse,
de co-produits et de déchets
CONTACT
Centre RAPSODEE Mines Albi - Armines
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du pilote est d’intégrer au niveau des parois
métalliques d’un container maritime réhabilité en bâtiment,
un matériau innovant impactant au minimum le volume
intérieur et d’en étudier l’impact sur le comportement
thermique et plus particulièrement sur le confort d’été à
l’intérieur de la structure.
RÉALISATIONS
►► Le projet a consisté en la conception, en la réalisation
et en l’instrumentation à base de capteurs RF, d’un
bâtiment à base d’un container maritime 20’ avec
l’intégration en plafond de plaques de matériaux à
changement de phase en épaisseur variable. Quelques
millimètres d’épaisseur de ce matériau présentent
l’avantage d’apporter dans la structure métallique
autant d’inertie que quelques centimètres de béton.
Cette inertie peut être couplée en période chaude
à une ventilation naturelle nocturne de manière à
évacuer les calories apportées et stockées lors des
heures chaudes de la journée et ainsi diminuer la
température intérieure et les besoins en climatisation.
►► Apport d’inertie dans un bâtiment à structure métallique
en minimisant l’impact sur la surface habitable
►► Amélioration du confort d’été dans les habitats réalisés
à base de containers recyclés
CONTAINER
CONTACT
DRT/DPACA
Karine ZUNINO
Responsable Axe Bâtiment Méditerranéen
Tél. : +33 (0)4 42 25 22 13
E-mail : karine.zunino@cea.fr

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.
CRESUS
Contrôleurs Régulateurs Embarqués pour
des Systèmes Utilisant l’énergie Solaire
CONTACT
Centre PERSEE MINES ParisTech - Armines
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

OBJECTIFS DU PILOTE
►► Valider la récupération de frigories à partir du CO2
séparé sous forme solide du biogaz
►► Générer un sous-refroidissement d’un fluide lors de
la sublimation contrôlée du CO2 par la gestion de
pressions partielles dans le système et sans apport
d’énergie externe
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à réaliser un dispositif, dans les locaux
du Centre Efficacité Énergétique des Systèmes (CES),
permettant la formation de CO2 solide sur une paroi
métallique puis sa sublimation contrôlée par la gestion
de l’écoulement et de la pression d’un tiers gaz en
contact direct avec le solide carbonique.
►► La sublimation contrôlée a confirmé la possibilité de
générer des frigories à des températures davantage
plus basses que la température du solide carbonique.
Ce phénomène a l’avantage d’éliminer les groupes
frigorigènes pour l’épuration cryogénique de CO2
à partir de biogaz, ainsi que de favoriser l’efficacité
énergétique et la compétitivité de la liquéfaction du
bio-méthane.
CryoGS
Système CryoGS® de purification
et de liquéfaction de biométhane
CONTACT
CES MINES ParisTech - Armines
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

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 :
►► 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
Noëlla LEMAITRE
Ingénieur chercheur
Tél. : +33 (0)4 79 79 22 69
E-mail : noella.lemaitre@cea.fr
Dessin de principe de la maquette

CONTACT
Laboratoire GIPSA-LAB (Grenoble Images Parole Signal Automatique)
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
DEMA’LOC
Distributed ElectroMagnetic
Acoustic LOCalization
Créditsphotos:©CEA-Liten/L.CHAMUSSY
►► La réduction des fausses alarmes,
►► Un traitement multi-capteurs cohérent qui maximise la
probabilité de détection et qui conduit à une bonne
précision de localisation,
►► Une couverture spatialede l’ordre d’une dizaines de
mètres, qui réduit considérablement le coût de la
surveillance.
►► Perfomances :
–– précision de localisation < 2cm,
–– portée maximale de chacun des nœuds 15 m,
–– angles d’observation (HxV) : 180° x 90°

OBJECTIFS DU PILOTE
Réaliser une maquette pédagogique multiplublic de notre
démonstrateur SOEC/SOFC réversible pour expositions et
salons
RÉALISATIONS
►► Dans le cadre du déploiement de technologies
de conversion et stockage de l’énergie, le CEA a
développé un système complet autonome réversible
électrolyseur/pile à combustible à haute température
(EHT/SOFC) permettant d’atteindre des performances
inégalées à l’échelle mondiale. Ce démonstrateur
est entièrement fonctionnel, et un déploiement de
ce système est aujourd’hui envisagé, dans le cadre
de contrat de partenariats industriels bilatéraux ou
institutionnels.
►► Le besoin d’un packaging technologique de notre
démonstrateur couplé à un besoin « commercial »
d’une maquette pédagogique et technologique
nous a conduits fin 2015 à solliciter le Alps Design Lab
pour commencer travailler sur le design de cette
maquette, sur la base de critères technologiques et
pédagogiques. Cela a permis d’amorcer des premières
idées de design, nous permettant de faire émerger des
premiers visuels mais également renforcer nos critères
d’attente pour la maquette. Fort de ce premier travail
collaboratif, nous sommes en phase de réalisation de
ce démonstrateur ainsi que des visuels adaptés.
►► Démonstrateur pédagogique
►► Composants grandeur réelle
►► Contenu visuel multiplublic
DEMO-rSOC
CONTACT
LITEN/DTBH/SCSH/PLH
Guilhem ROUX
Ingénieur Chercheur Chef de Laboratoire
Tél. : +33 (0)4 38 78 03 84
E-mail : guilhem.roux@cea.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
Montrez le fonctionnement des sondes de détection
d’encrassement
RÉALISATIONS
►► Le dispositif hydraulique permet de simuler sur des
temps courts l’encrassement d’un tube et montre la
réponse en temps réel de la sonde d’encrassement.
►► Un dispositif d’aimantation amovible permet de
provoquer un dépôt de particules (ferromagnétique)
simulant le dépôt encrassant. Une sonde placée
en regard du dépôt détecte la présence du dépôt,
l’électronique associée fait apparaître un signal
indiquant l’évolution de ce dépôt.
►► Une fois le dépôt constitué et détecté, il peut être
retiré par déplacement du système magnétique et la
démonstration peut recommencer.
►► Détection d’encrassement
►► Faible encombrement et coût
►► Démonstration de l’opérationnalité de l’algorithme de
détection.
Détective
CONTACT
LITEN/DTBH/STCR/LER
Alain MEMPONTEIL
Ingénieur
Tél. : +33 (0)4 38 78 35 31
E-mail : alain.memponteil@cea.fr

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.
ENERGY OBSERVER
CONTACT
Laboratoire Systèmes PEMFC
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)

OBJECTIFS DU PILOTE
Réaliser le séchage de la biomasse en utilisant uniquement
l’énergie solaire et sans exposer directement cette
biomasse à la lumière solaire (éviter une dégradation
partielle de la biomasse).
RÉALISATIONS
►► La maquette de séchoir solaire indirect, qui permet
de déshydrater un produit sans l’exposer directement
au rayonnement solaire fonctionne en deux temps :
un préchauffage de l’air dans un capteur solaire et
le séchage homogène dans la cavité de séchage.
La convection naturelle de l’air est augmentée par
l’utilisation d’un ventilateur alimenté en direct par un
capteur photovoltaïque. La maquette est instrumentée
par un pyranomètre, une vingtaine de thermocouples,
trois capteurs d’humidité relative, 3 anémomètres qui
permettent de mesurer les différents paramètres du
procédé de séchage simultanément aux conditions
climatiques (température extérieure et intensité
lumineuse).
►► Outre la possibilité de faire une mise à l’échelle du
prototype grâce aux mesures réalisées, un brevet a été
déposé concernant l’amélioration de l’homogénéisation
du séchoir. La maquette a démontré que 15% de
l’énergie solaire captée servait directement à la
déshydratation des produits, ce qui la place au niveau
des meilleurs séchoirs indirects pour produits agricoles
publiés à ce jour. Les bénéfices pour les industriels sont
de pouvoir tester l’adéquation du séchage solaire
pour leurs produits et d’avoir des mesures fiables
pour le dimensionnement d’un séchoir adapté à leur
production.
ENERSOLALG
ENERgie SOLaire pour le séchage
des ALGues
CONTACT
CEATech (CTREG/DPACA)
Gatien FLEURY
Tél. : +33 (0)4 42 25 72 11
E-mail : gatien.fleury@cea.fr

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.
►► Fonctions et caractéristiques :
–– Caractérisation de transformateurs
d’électronique de puissance 2 et 3
enroulements pour une puissance jusqu’à 1 kW
–– Établissement de schémas équivalents dans la
plage de fréquence 20 Hz – 30 MHz.
►► Intérêt :
–– Simplification et automatisation de la
caractérisation de composants magnétiques.
ESCAPE
Elaboration de SChémas équivalents
Automatique Pour l’Electronique de
puissance
CONTACT
Laboratoire G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble)
Jean-Paul FERRIEUX
Professeur à l’UGA (Université Grenoble Alpes)
Tél. : 04.76.82.63.02
E-mail : Jean-Paul.Ferrieux@g2elab.grenoble-inp.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
Etudier la récolte des microalgues par floculation par des
méthodes électrochimiques et phototactiques
RÉALISATIONS
►► Le projet FLOTEST consiste à réaliser une maquette
permettant la coagulation-floculation par électrochimie
et phototactisme.
►► Cette maquette constituera une preuve de concept
pour ces deux technologies appliquées à une
microalgue modèle même si d’autres applications
peuvent être envisagées (boues activées, Spiruline, …).
Le schéma de la maquette est représenté ci-dessous :
►► Récolte des microalgues de manière efficace, sans ajout
de produits chimiques et à coût et dépense énergétique
faibles
►► Préambule à un pilote de taille industrielle
FLOTEST
Maquette pour la floculation des
microalgues par des méthodes
électrochimiques et phototactiques
CONTACT
CEA/DRT/CTREG/DPACA
Florian DELRUE
Tél. : +33 (0)4 42 25 72 22
E-mail : florian.delrue@cea.fr

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

OBJECTIFS DU PILOTE
Développement et démonstration d’un prototype de
production de froid (Frigo industriel ou climatisation maison
individuelle) alimenté par panneau photovoltaïque en
direct.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à réaliser un prototype de pompe
à chaleur fonctionnant en courant continu produit par
panneau photovoltaïque en direct (pas d’onduleur)
►► Ce dispositif utilise un compresseur de frigo basse-
tension (12V ou 24V) de faible puissance
►► Un évaporateur ventilé
►► Un contrôleur de charge solaire MPPT
►► Un panneau photovoltaïque
HYBRIPAC
CONTACT
DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Développer un système de gestion de batteries (dit BMS
pour Battery Management System) pilotable depuis une
application mobile (smartphone ou tablette) permettant :
- d’assurer d’une part une gestion optimale de la charge
des batteries d’un parc d’équipements autonomes,
notamment vis-à-vis du service rendu et de la durée de vie
des batteries, illustré dans le cas présent par un ensemble
de lampes autonomes à usage professionnel ;
- d’assurer d’autre part une maintenance prédictive dans
le temps du parc de batteries.
RÉALISATIONS
►► Sur la base d’une flotte de lampes autonomes équipées
de batteries Li-ion, le démonstrateur consiste à réaliser un
système de gestion électronique de la batterie de chaque
lampe (dans la figure ci-dessous) dialoguant avec une
application mobile – =/ . Les paramètres de charge
des différentes lampes seront alors optimisés de manière
à maximiser la durée de vie des batteries. Par ailleurs,
le dispositif permettra la récupération d’informations
batteries sur un serveur ④ pour en suivre l’état de santé et
en optimiser ainsi la maintenance.
M2P
MoonPlugPro
CONTACT
Laboratoire LSEC (LITEN/DTS/S3E/Laboratoire de Stockage ElectroChimique)
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet vise à fabriquer des micro-aimants présentant des
détails sub-millimétriques pour des systèmes tels que rotors,
actionneurs, capteurs… et destinés à des applications de
type automobile, habitat ou médical.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à développer le procédé de micro-
PIM (Powder Injection Molding) pour mouler des aimants
par plasturgie (mélange de poudre et de polymères) et
d’obtenir après déliantage et frittage des pièces frittées
denses. Des poudres ferromagnétiques de ferrites de
strontium ont été injectées à l’aide d’un moule disponible
afin d’évaluer la finesse des détails géométriques qu’il est
possible d’atteindre sur des aimants.
MICROMAGNET
Micro-aimants obtenus par le procédé
de moulage par injection de poudre
CONTACT
LITEN/DTNM/SERE/LMA
Gérard DELETTE
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
Mettre en avant la reproductibilité et la capacité de
fabrication haute cadence de µobjets par le procédé
Metal Injection Molding (PIM).
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à développer un moule de micro-
injection multi-empreintes permettant la fabrication
de micro-objets céramiques et/ou métalliques pour
des applications liées au médicale. Après conception
et fabrication du moule, des essais ont été menés
sur différents matériaux pour définir les cadences de
production, la reproductibilité et le taux de rebut. Les
photos ci-dessous présentent les différentes parties
du moule rotatif montées sur une presse à injecter
Micropower 15 de chez Battenfeld.
►► L’analyse de l’ensemble de la chaine de fabrication
(Injection/déliantage/frittage) a permis en fin de projet
de déterminer la reproductibilité du procédé ainsi que
les coûts de fabrication de l’ordre de 0.5 € par pièce pour
une production de 1 000 000 de pièces.
►► La photo ci-dessous présente les objets réalisés à partir
du moule multi-empreinte. Ils ont un fort facteur de forme
ainsi qu’une partie fonctionnelle présentant des détails
inférieurs à 150 µm.
Micromedicis
Moule d’injection µPIM multi-empreinte
CONTACT
LITEN LRVM
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
Fort de son expérience dans la conception et la réalisation
de systèmes piles à combustibles, le DEHT (Département de
l’Electricité et de l’Hydrogène pour les Transports) a imaginé
une brique technologique élémentaire modulaire, c’est-à-
dire un système PEM de puissance 5 kW environ, incluant
la pile à combustible, son électronique avec un seul circuit
de refroidissement mutualisé, qui puisse être utilisé dans un
nombre étendu d’applications : ces éléments modulaires
peuvent être mis en série pour faire croitre la puissance
disponible. Cette solution technologique permettra de
satisfaire simplement et rapidement un grand nombre de
problématiques clients.
RÉALISATIONS
►► Le principe de cette brique technologique est
d’avoir dans un seul et même objet un stack de pile à
combustible de type PEM d’une puissance de 5 kW avec
son électronique de commande et de puissance, et son
circuit de refroidissement. Une pile à combustible de type
PEM basse température nécessite un fonctionnement
autour de 80°C. Les réactions électrochimiques se
produisant dans la pile sont exothermiques. La pile
doit être refroidie au même titre que l’électronique de
puissance (convertisseurs) qui lui est couplée.
►► Le stack de pile à combustible se présente sous forme
de deux empilements. Les plaques terminales de
chaque empilement comprennent une technologie
innovante de refroidissement : les équipes du DEHT ont
mis en place un circuit de refroidissement commun au
stack et à l’électronique de puissance via une double
innovation intégrée dans le design de la plaque terminale
couplée à une technologie de carte électronique « SMI »
comprenant un isolant étanche. Ceci va donc permettre
de refroidir les composants de puissance de la carte par
la circulation du fluide caloporteur dans le stack et sur la
surface des composants électroniques de conversion de
puissance.
MIPEM
Modular Integrated PEM fuel cell
CONTACT
CEA/DRT/LITEN/DEHT/STP
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.

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.
►► 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
Alain MEMPONTEIL
Ingénieur
Tél. : +33 (0)4 38 78 35 31
E-mail : alain.memponteil@cea.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
Elaboration d’un outil commercial en vue du développement
de systèmes SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell : pile à combustibles
à haute température) de puissance, capable de pré-
dimensionner de façon rapide et fiable des offres système.
RÉALISATIONS
►► Le besoin de cet outil de pré-dimensionnement :
OUPS
OUtil de Pré-dimensionnement
de Systèmes SOFC/SOEC
CONTACT
CEA/LITEN/Service Composants et Systèmes Hydrogène
Julie MOUGIN
Chef de service
Tél. : +33 (0)4 38 78 10 07
E-mail : julie.mougin@cea.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
Construire une maquette Contrôle Commande d’un réseau
THT/HTA dont l’innovation consiste à démontrer qu’il est
possible de remplacer des relais de protection physique par
un traitement software robuste. Cette solution a l’avantage
de permettre un pilotage du réseau en temps réel avec des
débits de communication de l’ordre du Giga Hertz.
RÉALISATIONS
L’étude consiste à la conception et la réalisation d’une
maquette fonctionnelle (association des capteurs
communicants et des switchs télécom au GHz) qui pourra
être connectée au micro réseau Smart Grid Predis.
►► Elle sera composée d’un serveur de calcul pour traiter
et afINNOVATIONr les données en provenance des
capteurs communicants de type SAMU (Stand Alone
Merging Unit) qui communiquent en 61850-9-2 LE.
►► Ces données brutes seront traitées et visualisées dans
le serveur de calcul.
►► Capacité à piloter en temps réel avec des matériels
numériques concentrés, permettant une virtualisation
des fonctionnalités sur des serveurs durcis. Cela permet
des déploiements plus simples, une cyber-sécurité
accrue.
►► Redondance software possible sur les relais numériques
indépendants existants & gain économique.
PCCN
De la digitalisation à la virtualisation des
contrôle commande de
postes sources / RTUs
CONTACT
Laboratoire G2Elab (Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble)
Raphaël CAIRE
Tél. : 04.76.82.63.61
E-mail : raphael.caire@grenoble-inp.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du pilote est d’étudier et de mettre en évidence
l’impact sur la température intérieure du phénomène
d’évapotranspiration d’une paroi constituée de matériaux
biosourcées. Le but est de maintenir une température
de confort sous un climat chaud dans un bâtiment en
limitant l’utilisation d’un système de refroidissement
consommateur d’énergie par la mise en œuvre de
matériaux hygroscopiques.
RÉALISATIONS
►► Le projet a consisté en la conception, en la réalisation et
en l’instrumentation d’une paroi biosourcée constituée
d’un bardage bois, d’une lame d’air ventilée, d’un
contreventement pare-pluie en fibre de bois, d’un isolant
en laine de chanvre, d’un frein-vapeur. Cette paroi
multicouches perspirante a été conçue de manière à
laisse migrer la vapeur d’eau à travers les éléments qui la
constituent tout en restant étanche à l’air. Cette paroi a été
instrumentée de façon à mettre en évidence le phénomène
d’évapotranspiration, ce phénomène d’évaporation
devant s’accompagner d’une absorption de chaleur
permettant d’amortir la variation de température.
PERSPIMAT
CONTACT
DRT/DPACA
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Etudier l’apport de cultures de microalgues en photo-
bioréacteurs en façades de bâtiment pour la gestion
thermique de celui-ci.
RÉALISATIONS
►► Le projet étant juste démarré, la maquette finale n’a pu
être réalisée. Cependant une première maquette de taille
laboratoire a été mise en route. Elle a permis la validation
de cultures de microalgues en panneaux alvéolaires
utilisés dans le bâtiment :
PHOCOTHER
CONTACT
DRT/CTREG/DPACA
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

OBJECTIFS DU PILOTE
La valorisation énergétique des déchets plastiques
excédentaires pour la production de fuel valorisable et
sans effets néfastes sur l’environnement.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à réaliser une installation de pyrolyse
catalytique des matières plastiques pour la production
de fuel valorisable en moteur à combustion interne. Cette
installation, qui a l’avantage d’être compacte, a été
intégrée sur un groupe électrogène. L’énergie nécessaire
à la réaction est l’énergie fatale contenue dans les gaz
d’échappement de ce groupe. Les différents composants
sont présentés dans le schéma suivant :
Plastifuel
Pyrolyse des déchets de matières plastiques
pour la production d’un carburant
valorisable
CONTACT
DSEE Mines Nantes - Armines
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

OBJECTIFS DU PILOTE
►► Produire des biomasses microalgales à composition
biochimique spécifique en vue d’une utilisation de leurs
molécules d’intérêt (lipides, biopolymères) pour des
applications biomatériaux.
►► Mettre en place des procédés d’extraction/transformation
(dissolution, plastification) des biomasses microalgales
produites pour l’élaboration de biomatériaux.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à définir les conditions de croissance
optimales de biomasses microalgales cibles pour
favoriser la production de biopolymères d’intérêt en vue
de leur utilisation pour l’élaboration de biomatériaux
(en particulier bioplastiques). Une installation dédiée
permettant de produire « à façon » de la biomasse algale
a été mise en place sur la plateforme du CEA (groupe
GB3G de DRT/DPACA), et plusieurs souches et protocoles
de production (conditions, procédés) ont été identifiés et
testés à l’échelle laboratoire.
►► Les biomasses microalgales ainsi produites ont été
intégrées sur la plateforme du Centre des Matériaux
des Mines d’Alès C2MA (groupe Matériaux Polymères
Avancés). Des procédés d’extraction par dissolution et
de plastification directe des biopolymères ont été mise
en place afin d’élaborer des biomatériaux sous forme de
mousses, joncs et films extrudés.
PROCESS’ALG
Procédés innovants de production et de
mise en œuvre de biomasse microalgale
pour applications biomatériaux
CONTACTS
CEA Cadarache - DRT/CTREG/DPACA/GB3G
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
Nicolas LE MOIGNE
Enseignant Chercheur
Tél. : +33 (0)4 66 78 53 02
E-mail : nicolas.le-moigne@mines-ales.fr

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.
PVAI
Capteur solaire PV/T hybride sans fluide
caloporteur intégrable au bâti
CONTACT
DRT/LITEN/DTS/SBST/LCEB
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
►► Construire et tester des dispositifs de culture de micro-
algues comportant des matériaux permettant de faire
de la modulation spectrale.
RÉALISATIONS
►► Des films à modulation spectrale ont été fabriqués et
leur test a permis de confirmer qu’il était possible de
transformer certaines longueurs d’ondes peu utilisées
pour la photosynthèse (notamment les rayonnements
UV) en des longueurs d’onde utilisables par des
organismes photosynthétiques (une microalgue verte
et une cyanobactérie ont été testées). Les photos ci-
dessus illustrent notamment les bioréacteurs utilisés dans
le cadre de ce projet : des réacteurs éclairés en lumière
artificielle (LEDs blanches) d’une contenance d’un peu
plus d’un litre, et des poches de cultures placées sous
serre permettant des cultures d’environ 200 litres.
RAYFLEX
RAYonnement FLEXible
pour la photosynthèse
CONTACT
CEATech (CTREG/DPACA)
Gatien FLEURY
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).

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.
RE4D
Optimisation énergétique d’un bâtiment
CONTACT
Département Informatique et Automatique de Mines Douai - Armines
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
Extraction et valorisation des Terres Rares contenues dans
les aimants de type Néodyme Fer Bore par un procédé
physique.
RÉALISATIONS
►► Ce projet a permis le développement d’un four
spécifique sous hydrogène couplé à un séparateur
magnétique démontrant la capacité de trier et
extraire les Terres Rares (TR) contenues dans les aimants
de disques durs d’ordinateurs.
►► Le procédé englobe toutes les étapes de recyclage
d’un aimant TRFeB, depuis la collecte jusqu’au métal
de Terres Rares : tri des matériaux, pré-traitement
des aimants, séparation des Terres Rares. Il s’appuie
sur la très longue expérience de l’Institut Néel sur les
procédés sous hydrogène et associe la séparation en
champ magnétique intense.
►► Le procédé permet une source d’approvisionnement
en Terres Rares locale (issue des mines urbaines) face
aux ressources primaires quasi-exclusivement chinoises.
►► Contribution au développement de la filière de
valorisation des déchets et des matériaux critiques en
France et en Europe.
►► La technique proposée est propre (procédé physique
sans produits polluants).
RECUP’TR
CONTACT
CNRS / Institut Néel
Sophie RIVOIRARD
Chercheur CNRS
Tél. : 04.76.88.90.32
E-mail : sophie.rivoirard@neel.cnrs.fr | http://neel.cnrs.fr

OBJECTIFS DU PILOTE
Développement d’un procédé innovant de réfrigération
hybride permettant de déshumidifier l’air pour éviter la
formation du givre
RÉALISATIONS
►► Les acteurs du froid commercial et industriel sont
régulièrement confrontés à la formation de givre qui
engendre une surconsommation d’énergie et un
surcoût pour garantir la qualité des produits réfrigérés.
►► Pour y remédier, le Centre d’Efficacité Energétique des
Systèmes de MINES ParisTech a conçu un procédé
innovant de 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.
REFHYB
Production de froid sans givre
et en continu
CONTACT
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

OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du travail a consisté à imaginer et maquetter un
des composants de ces dispositifs « double-flux », à savoir
les échangeurs enthalpiques, qui sont une des technologies
employées, permettant une récupération d’énergie à la fois
sur la température et sur l’humidité de l’air extrait.
L’innovation proposée dans ce travail réside dans la
géométrie de l’échangeur, et plus particulièrement du
« séparateur de membrane », composant qui rend possible
l’échange entre l’air neuf et l’air vicié, à travers une
membrane enthalpique.
RÉALISATIONS
►► La technologie en question est celle d’un séparateur de
membrane pour un récupérateur enthalpique pour la
ventilation. Elle permet la mise en œuvre d’une configuration
des canaux en damier. Le principal intérêt de cet aspect
est de doubler la surface de l’échangeur pour un même
volume, et donc d’améliorer les efficacités et la compacité
dans le respect de perte de charge admissible. Il est en
effet admis que le manque de compacité des ventilations
double-flux constitue un frein à leur déploiement massif.
►► Une étude numérique a tout d’abord permis de positionner
la technologie par rapport à l’état de l’art, en termes
de coefficient de perte de charge et de potentiel
d’amélioration des transferts convectifs. Des corrélations
thermo-hydrauliques pour de l’air en régime laminaire
ont été déterminées, pour le coefficient de Nusselt et de
frottement. Elles ont permis d’implémenter un modèle
de composant et de comparer différents designs
d’échangeur, notamment une configuration standard
couramment utilisée sur le marché.
►► Les résultats, ont mis en exergue un gain substantiel de
performance et de compacité. Un gain de 40% d’efficacité
à iso volume pour une perte de charge inférieure à 30Pa
est à retenir. A iso performance, une réduction du volume
de l’échangeur d’un facteur allant jusqu’à 3 est à mettre
en avant. Cette réduction s’accompagne également
d’une réduction des pertes de charges d’un facteur 3 et
permet de retrouver des valeurs du même acabit que le
cas de référence.
REIPTA
Récupérateur Enthalpique Innovant
Pour le Traitement de l’Air
CONTACT
LITEN/DTS/SBST
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.

OBJECTIFS DU PILOTE
La régénération des chaleurs perdues en électricité est
de plus en plus nécessaire afin de diminuer les émissions
des gaz à effet de serre et d’améliorer les performances
énergétiques des usines ou des bâtiments. Les systèmes
actuels de conversion sont confrontés à deux difficultés
majeures, la première étant la compacité et le poids
de ces systèmes, la seconde étant le coût élevé de ces
technologies qui rend leur déploiement quasi inexistant
actuellement.
Pour apporter des réponses à ces deux défis, l’objectif
du projet Revercycle® était d’étudier la pertinence
scientifique et économique de technologies permettant
d’assurer simultanément plusieurs fonctions à partir d’une
source unique de rejets thermiques.
RÉALISATIONS
►► Le projet Revercycle® a permis de concevoir un
prototype de système tritherme assurant plusieurs
fonctions simultanément et ce, à bas coût. Plus
précisément il permet de produire à la fois du froid
et de la puissance mécanique/électrique à partir de
rejets thermiques.
REVERCYCLE®
Machine multifonctions pour valorisation
de rejets thermiques et production de froid
CONTACT
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).

OBJECTIFS DU PILOTE
Faire évoluer un réacteur de déposition par couche
atomique spatiale (Spatial ALD) pour pouvoir déposer
plusieurs matériaux fonctionnels en substrats souples (tissu,
papier), inclus en mode roll-to-roll.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à modifier notre réacteur SALD pour
le rendre compatible avec un dépôt sur des substrats
souples.
►► Le Système est conçu pour être modulaire de façon
à pouvoir déposer une couche mince sur différents
types de substrat, de différentes tailles. On développe
aussi la capacité de déposer différents matériaux
fonctionnels.
►► Plus de choix de substrat (compatible avec plusieurs
échantillons) et tailles.
►► Plus de choix de matériaux.
SALD
Couches Minces déposées à l’air
avec le SALD
CONTACT
Laboratoire LMGP (Laboratoire des matériaux et du Génie Physique)
David MUÑOZ-ROJAS
Chercheur CNRS
Tél. : +33 (0)4 56 52 93 54
E-mail : david.munoz-rojas@grenoble-inp.fr
Créditsphotos:©Polartec

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

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.
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
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Production de chaleur solaire jusque 250°C low-cost.
RÉALISATIONS
►► Le capteur solaire est composé de collecteurs cylindro-
paraboliques de petites tailles installées dans une serre.
Les collecteurs se positionnent face au soleil pour
concentrer le flux solaire sur un tube absorbeur pour
chauffer un fluide caloporteur jusque 250°C.
SOLAR BOX ONE
CONTACT
LSHT (Laboratoire des Systèmes Solaires Hautes Températures)
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

OBJECTIFS DU PILOTE
►► Étudier la cristallisation de sorbets d’hydrates en vue
de leur utilisation en climatisation en tant que fluides
frigoporteurs diphasiques.
►► Étudier le captage du CO2 dans des hydrates.
►► Permettre de tester de nouvelles briques technologiques
avant d’envisager le passage à l’échelle industrielle.
RÉALISATIONS
L’étude a consisté à réaliser la conception, la fabrication, le
montage et les premiers essais d’un dispositif de cristallisation
d’hydrates. Le pilote ainsi obtenu permet de :
►► Démontrer la faisabilité de la génération d’un sorbet
d’hydrates à partir d’une petite colonne à bulles de
CO2
►► Intégrer des capteurs afin de mesurer les différents
paramètres opératoires et de les optimiser (pressions,
températures, débits, nature des écoulements,
caractéristiques des hydrates et des bulles de CO2,
etc.)
►► Tester différents composants technologiques (pompes,
échangeurs de chaleur, diffuseur de gaz, systèmes de
détente et de stockage de sorbets d’hydrates etc.)
SORBETS HYDRATES
Générateur de sorbets d’hydrates
par captage du CO2
CONTACT
Centre SPIN Mines Saint-Étienne - Armines
Jérôme DOUZET
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

OBJECTIFS DU PILOTE
►► Étudier l’utilisation des électrodes avec un revêtement de
nanoparticules dans un résonateur acoustique et créer
une électrolyse résonante
►► Convertir l’énergie des ondes infrason en électricité
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à réaliser un dispositif de résonateur
acoustique des basses fréquences présentes dans la
nature et de coupler ce système avec des électrodes
noano-diamants,
►► Ce dispositif qui a l’avantage d’être léger et compact
permet de convertir des ondes infrasons en électricité.
SOUND ENERGY
CONTACT
CEA/DRT/DPACA
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,

OBJECTIFS DU PILOTE
L’objectif du pilote est de fournir aux industriels, développeurs
de projets et gestionnaires de ferme solaire, une plateforme
de dissémination des données de mesure du rayonnement
solaire in-situ accessible sur le Web. Cette plateforme
permettra le formatage, le stockage, la visualisation et le
téléchargement de ces données. Elle s’appuie sur l’utilisation
d’outils Open Source et respecte et met en œuvre les
standards internationaux d’interopérabilité tel que ceux
de l’ISO (International Standard Organisation) et de l’OCG
(Open Geospatial Consortium).
RÉALISATIONS
►► Cette plateforme générique évolutive et interopérable
(Figure 1), dédiée à la manipulation des données de
mesures in-situ de rayonnement solaire fournit une
aide précieuse aux porteurs de projets désirant par
exemple dimensionner ou d’optimiser tout système
utilisant le rayonnement solaire (totalité du spectre ou
partie visible seule) avec une couverture géographique
continue aussi fine que possible. L’accès au données
se fait par l’intermédiaire d’un client Web possédant
une interface utilisateur conviviale à l’adresse suivante :
http://insitu.webservice-energy.org
SSOIF
Solar Sensor Observation Infrastructure
Framework
CONTACT
Centre O.I.E. MINES ParisTech - Armines
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Le projet SUBSTR-AL (SUBSTRat céramique d’électronique
de puissance de grande surface intégrant un Dissipateur
de chaleur en ALuminium) vise à proposer une solution
d’assemblage utilisant un colaminé Cu/Al et deux étapes
de brasage, Al/Al et Cu/Cu, pour améliorer fortement
les performances thermiques d’un ensemble Substrat/
Dissipateur utilisé en électronique de puissance.
RÉALISATIONS
Quatre variantes du procédé d’assemblage sont en cours
d’étude :
►► 1-1 Assemblage Colaminé AlCu/Dissipateur Al par
brasage Zn-Al, puis Assemblage Colaminé AlCu/
Substrat par brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 :
Brasure ZnAl reçue 05/09 ; 1er essai S38
►► 1-2 Dépôt Ag-Verre sur Dissipateur Al, puis Assemblage
Colaminé AlCu/Dissipateur Al par frittage de nano-Ag,
puis Assemblage Colaminé AlCu/Substrat par brasage-
diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : Dépôt Ag-Verre en
cours au Japon
►► 2-1 Assemblage Feuille Cu/Dissipateur Al par brasage
eutectique Al-Cu, puis Assemblage Cu/Substrat par
brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : Recherche
des paramètres T°,P, tps du brasage eutectique pour
éviter le fluage de l’Aluminium
►► 2-2 Dépôt Couche Cu sur Dissipateur Al par projection
plasma, puis Surfaçage et Assemblage Cu/Substrat par
brasage-diffusion Sn / Statut au 14/09/16 : En attente
envoi commande CEA pour dépôt Cu
SUBSTR-AL
CONTACT
CEA-LITEN/DTNM/SERE/LTE
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).

OBJECTIFS DU PILOTE
Optimiser numériquement les rendements énergétiques et
réaliser une pico-hydrolienne carénée innovante calibrée
pour une production d’électricité décentralisée, à coût-
objectif. Répondre à un besoin d’exploitation de rivières
peu profondes à faible coût.
RÉALISATIONS
►► L’étude consiste à utiliser des outils numériques
pour obtenir des géométries de structures carénées
optimisées pour maximiser l’énergie cinétique
récupérable par la turbine à axe vertical.
►► Les principales caractéristiques de la pico-hydrolienne
présentée ci-dessous sont relatives à sa fiabilité de
fonctionnement et à son rendement énergétique.
►► Robustesse de fonctionnement et facilité d’installation/
maintenance.
►► Efficacité énergétique maximisée : de 100 w à 20 kw
►► 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)
Guillaume BALARAC
Tél. : 04.76.82.51.42
E-mail : guillaume.balarac@grenoble-inp.fr
Créditsphotos:©L’Ignon

OBJECTIFS DU PILOTE
Transformation de la vitesse de l’air extrait d’une VMC en
énergie électrique à l’aide de micro-éolienne intégré dans
le réseau d’extraction. Autoconsommation de l’énergie
électrique produite pour l’alimentation de la VMC.
RÉALISATIONS
►► L’étude a consisté à réaliser et intégrer une micro-
éolienne dans une gaine de 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.
VMC Eole
CONTACT
DRT/DPACA laboratoire efficacité énergétique du bâtiment
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

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.
WiTEG
Nœud de communication sans fil
autonome
CONTACT
CEA/LITEN/Laboratoire de Thermoélectricité
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)

OBJECTIFS DU PILOTE
Mettre en valeur une solution innovante de pile à combustible
planaire segmentée de puissance intermédiaire de l’ordre
de 100W à 2kW, pour une application drones, ainsi que les
batteries Lithium Soufre haute énergie moyenne puissance
en cellules rigides cylindriques de type 18650.
RÉALISATIONS
►► Les maquettes de pile à combustible planaire et de
pack batteries lithium soufre seront positionnées avec
tout le système (compresseur, réservoir, vanne, pack),
dans une maquette de drone à voilure fixe afin de
montrer l’intégration possible dans les ailes.
WQT
CONTACT
LITEN/DEHT/LM
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

OBJECTIFS DU PILOTE
Evaluer la capacité du procédé de fabrication additive
métal pour réaliser des pièces complexes d’échangeurs
thermiques
RÉALISATIONS
L’étude a consisté à réaliser des pièces à structures internes
complexes par impression laser de poudres métalliques.
La technique utilisée est le procédé SLM (Selective Laser
Melting), qui consiste à venir construire couche par couche
une pièce fonctionnelle en venant imprimer une poudre
métallique (ici un alliage d’aluminium).
L’intérêt est multiple :
►► pouvoir intégrer, à la construction de la pièce, des
structures internes complexes (canaux, motifs poreux
/ structure lattice) ;
►► éliminer les phases d’assemblage.
X3D
Pièces d’échangeurs réalisées par
impression 3D métallique
CONTACT
Laboratoire de thermoélectricité DRT/LITEN/DTNM/SERE/LTE
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.

2 instituts Carnot moteurs
de la recherche partenariale

Accompagner le changement par l’innovation
www.carnot-mines.eu
5 domaines d’expertises scientifiques
Sciences de la terre et de l’environnement
Énergétique et génie des procédés
Sciences et génie des matériaux
Mathématiques appliquées, informatique,
automatique
Économie, management, société
Enjeu /
Thématique
Réduction de
la dépendance
aux matières
premières
Maîtrise du
réchauffement
climatique
Inscription du
développement
durable dans
l’économie
Adaptation à
la vitesse et à
l’amplification du
développement
économique
Transition
écologique
Transition
énergétique
Processus
d’innovation
3 champs thématiques pour répondre aux défis
socioéconomiques
Une offre personnalisable
Variété de formats
• Contrats directs de recherche et études
• Contrats cadres
• Projets collaboratifs de recherche
• Prestations techniques / contrats d’expertise
• Licences d’exploitation
• Chaires de mécénat, Chaires industrielles
• Formation continue
• Journées industrielles thématiques
Variété de moyens
• Mise à disposition de chercheurs
• Recrutement de doctorants
• Expertises scientifiques
• Plateformes technologiques
Répartition de l’activité
contractuelle directe
Doctorats engagés
par an
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

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.

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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