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Archives des actualités

Article

Catégorie : Actualités générales

Les travaux de l’IJL dans le domaine de la transition énergétique

Alors que la COP 24 se referme le 14 décembre 2018, l’Institut Jean Lamour présente quelques exemples de travaux de ses chercheurs dans les domaines de :

  • la réduction des émissions de gaz à effet de serre
  • la production d'énergies renouvelables
  • le recyclage des matériaux de construction
  • l'isolation thermique

 

Réduction des émissions de gaz à effet de serre

Modification du procédé d’élaboration de l’acier dans l’industrie sidérurgique

La sidérurgie contribue pour 6% aux émissions globales de CO2 anthropique.
La filière alternative de production d’acier par réduction directe en four à cuve puis four électrique émet moitié moins de CO2 que la filière classique haut fourneau-convertisseur.
Nos chercheurs travaillent à la réduction de ce taux par une démarche d’optimisation du procédé fondé sur la modélisation mathématique (code REDUCTOR).

Equipe Procédés d’élaboration - Olivier Mirgaux et Fabrice Patisson

Capture et réemploi du CO2 des centrales à charbon

Les centrales à charbon sont responsables de 30% des émissions de gaz à effet de serre mondiales.
Dans certains cas, il est possible de capturer le CO2 des fumées pour le réutiliser dans un procédé industriel voisin.
En employant une démarche de modélisation systémique suivie d’une analyse de cycle de vie, nos chercheurs ont comparé les performances de trois technologies de captage (absorption, adsorption et membranes) afin de sélectionner la meilleure du point de vue environnemental dans ce contexte.

Equipe Procédés d’élaboration - Olivier Mirgaux et Fabrice Patisson

Capture de CO2 sur des charbons microporeux

L’IJL étudie la capture de CO2 sur des charbons microporeux (pores inférieurs à 2 nm) produits à partir de matériaux bio-sourcés ou d’huiles phénoliques.
Les captures de CO2 sont mesurées à températures supérieures à 50°C et aux concentrations représentatives des procédés industriels en sortie de cheminée.
Des études fondamentales sur l’effet de la texture de ces charbons sur leurs performances dans la capture de CO2 et la sélectivité dans l’adsorption du CO2 par rapport à l’azote et à l’humidité sont aussi réalisées.

Equipe Matériaux bio-sourcés - Alain Celzard et Vanessa Fierro

Evaluation environnementale de la cogénération électricité-chaleur à partir de biomasse

La cogénération à partir de biomasse est attractive du fait de ses très faibles émissions de gaz à
effet de serre. Mais quelle technologie est la meilleure : combustion ou gazéification ? Quel sera
son impact global ?
Nos chercheurs ont répondu à ces questions par une démarche associant modélisation des procédés et analyse du cycle de vie. Les deux procédés ont des impacts voisins, dépendant de la nature de l’électricité locale, et toujours bien moindres que ceux des cogénérations à partir de combustibles fossiles.

Equipe Procédés d’élaboration - Olivier Mirgaux et Fabrice Patisson

Production d’énergies renouvelables

La thermoélectricité, une nouvelle source d’énergie

Grâce à la technologie thermoélectrique, la chaleur perdue autour de nous (téléphones, ordinateurs, automobiles, etc.) pourrait devenir électricité. De même, il serait possible, avec cette technologie, de produire du « froid » sans pièces mobiles et sans émission de gaz à effet de serre, ouvrant la possibilité de remplacer nos réfrigérateurs domestiques.
Ces idées, vieilles de plus d’un siècle, sont au cœur même des activités de l’une de nos équipes.
Pour que le rêve devienne réalité, le challenge que doivent surmonter les chercheurs est de découvrir des matériaux thermoélectriques plus performants que l’état de l’art et rendre plus matures les dispositifs existants.

Equipe Matériaux à propriétés thermoélectriques – Bertrand Lenoir

Production d’électricité grâce à des électrodes de supercondensateurs et des piles à combustible

Dans le but de limiter les émissions de gaz à effet de serre, les transports se tournent toujours plus vers les propulsions électriques.
L’électricité peut être soit prélevée du réseau - c’est le cas des trains et des tramways - soit être produite par le véhicule, si celui-ci est pourvu d’une pile à combustible.
Dans le premier cas, des dispositifs dits "supercondensateurs" permettent de stocker momentanément assez de charges électriques pour fournir des pics de puissance à la demande, au redémarrage.
Dans le second cas, des électrodes catalysant la recombinaison de l’hydrogène et de l’oxygène de l’air sont nécessaires.
L’IJL travaille sur les deux aspects, en préparant et en démontrant l’efficacité de carbones hautement poreux dérivés d’extraits végétaux adaptés à ces différentes situations.

Equipe Matériaux bio-sourcés - Alain Celzard et Vanessa Fierro

Régulation thermique des capteurs solaires

Contrairement aux capteurs solaires photovoltaïques, les capteurs solaires thermiques sont utilisés pour la conversion directe de l’énergie solaire en chaleur.
Leur particularité est un fort rendement (83 à 55% d’énergie solaire directement exploitable pour le chauffage et l’eau, contre 25% maximum pour un capteur solaire photovoltaïque).
L’économie d’énergie réalisée par une installation solaire thermique peut dépasser les 50% par rapport à une installation traditionnelle de chauffage de l’eau sanitaire.
Néanmoins, le développement de ces capteurs se heurtait à un verrou technologique : une possibilité de surchauffe et de vieillissement prématuré. Cela est lié au fait que, en l’absence de besoin d’eau chaude sanitaire (absence des occupants de la maison par exemple), si les capteurs solaires sont toujours exposés à un rayonnement solaire intense, leur température interne peut atteindre 200°C.
Grâce à la collaboration entre l’entreprise Viessmann et l’IJL au sein du LabCom SOLARIS, ce problème a été résolu avec le développement du capteur "Sol Pro Select". Ce capteur solaire thermique intelligent utilise l’effet "thermochrome".
Grâce à la régulation passive et individuelle de sa température maximale de fonctionnement (150°C), le problème de surchauffe du capteur est éliminé, avec une garantie de rendement optimal du panneau.
Il s’agit là d’une première scientifique et industrielle mondiale, récompensée par le Prix Yves Rocard 2016 de la Société française de Physique.

Equipe Propriétés Optiques et Electriques des couches Minces pour l’Energie - Fabien Capon

Production d’hydrogène par photolyse de l’eau à partir de catalyseurs nano-structurés

L’hydrogène (H2) est un vecteur énergétique d’avenir en remplacement des hydrocarbures fossiles, notamment dans le domaine des transports.
Utiliser H2 comme vecteur énergétique nécessitera à la fois d’augmenter radicalement sa production mais également de diversifier les sources d’approvisionnement. Actuellement, H2 est principalement produit à partir de combustibles fossiles conduisant à d’importants rejets de CO2 ou par des processus à forte consommation d’énergie.
La photocatalyse est un procédé au cours duquel l'hydrogène est produit par des catalyseurs composés de semi-conducteurs. Ces derniers utilisent la lumière solaire pour dissocier les molécules d'eau en hydrogène et oxygène.
Ce procédé souffre de quelques limitations qui expliquent son développement lent. Afin d’augmenter les rendements, des co-catalyseurs constitués le plus souvent de métaux nobles (comme le platine ou le ruthénium) sont utilisés, ce qui accroît considérablement le coût du catalyseur et nuit au développement de ce procédé au sein de filière hydrogène.
Nos chercheurs développent des photocatalyseurs hétérostructurés associant semi-conducteurs à base d’oxydes métalliques nanostructurés, semiconducteurs organiques et co-catalyseurs sans métaux nobles.
L’objectif final de ce projet consiste à synthétiser des photocatalyseurs à coûts modérés, constitués d’éléments abondants, pour la photoproduction d’hydrogène sans émission de carbone, à partir d’une énergie propre et renouvelable : la lumière solaire.

Equipe Plasmas Procédés Surfaces - Thomas Gries en collaboration avec le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), dans le cadre du projet IMPACT ULHyS de l’ISITE Lorraine Université d’Excellence.

Recyclage des matériaux de construction

Le secteur du bâtiment et des travaux publics produit à lui seul près de deux tiers des déchets du pays.
Afin de répondre aux besoins des chantiers de construction, tout en préservant les ressources naturelles, il devient indispensable de consolider les filières de recyclage existantes, voire d’en créer de nouvelles, afin de mieux valoriser ces déchets et d’éviter leur enfouissement.
Nos chercheurs se sont attelés à cette problématique dans le cadre du projet européen Seramco (Secondary Raw Materials for Concrete Precast Products).
Il s’intéresse à la fabrication de béton à partir des déchets de bonne qualité et de ciment à partir des produits de moindre qualité.
L’IJL travaille sur la caractérisation chimique des matériaux recyclés ainsi que sur leur variabilité spatiale ou temporelle, afin de définir les conditions de synthèse optimale associées au taux d’incorporation et à la température de cuisson.
Ces travaux sont menés en partenariat avec le cimentier Vicat, permettant ainsi la réalisation d’essais à l’échelle industrielle à la cimenterie de Créchy, dans l’Allier.

Equipe matériaux pour le génie civil - Romain Trauchessec

Isolation thermique

Le marché de la rénovation thermique du bâtiment, source principale d’économies d’énergie au niveau national, passera par la conception d’isolants très performants, et ce d’autant plus qu’il sera nécessaire d’isoler par l’intérieur des surfaces très petites (cas des immeubles de caractère des grandes métropoles, impossibles à isoler par l’extérieur).
Dans ces conditions, le prix du foncier justifie le surcoût d’isolants à très hautes performances, et le recours aux super-isolants thermiques (plus isolants que l’air lui-même) est rentable.
Actuellement, le marché des aérogels est en plein développement pour cette application, et le matériau de référence est la silice. Les aérogels organiques sont encore peu développés mais présentent de meilleures propriétés mécaniques, un moindre coût, une toxicité réduite voire nulle, et sont moins chers à produire.
Nos chercheurs viennent de produire les premiers super-isolants à base de tannin qui, de surcroît, ne brûlent pas, une caractéristique précieuse pour les applications dans le bâtiment.

Equipe Matériaux bio-sourcés - Alain Celzard et Vanessa Fierro

Légende photo : panneau solaire thermique Viessmann