Partenariat SEGULA & IMT Atlantique : énergie renouvelable et confiance renouvelée
SEGULA Technologies et le laboratoire GEPEA d’IMT Atlantique (école membre du Carnot M.I.N.E.S) travaillent ensemble depuis plus de dix ans sur des problématiques de stockage de l’énergie. Cette étroite collaboration, tant sur le plan scientifique qu’humain, n’est pas près de s’arrêter, puisque les deux partenaires ont matérialisé leur rapprochement par le lancement d’un laboratoire commun. Une aventure conjointe qu’ils comptent bien prolonger.
« Généralement, quand deux partenaires prolongent leur collaboration sous la forme d’un laboratoire commun, c’est qu’au-delà des résultats scientifiques, il existe une vraie relation de confiance entre les individus », analyse Albert Subrenat, enseignant-chercheur à IMT Atlantique, au sein du laboratoire Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA - UMR CNRS 6144). « C’est exactement ce qui nous unit avec les équipes de SEGULA Technologies. » SEGULA Technologies, qui compte plus de 15 000 collaborateurs, est un grand groupe international d’ingénierie intervenant dans des secteurs tels que l’automobile, l’aérospatial, l’énergie, ou encore le ferroviaire. Pour se différencier, SEGULA Technologies s’appuie sur une démarche intense de Recherche & Innovation, avec plus de 150 projets menés chaque année. C’est d’ailleurs l’un d’entre eux qui a conduit la société française à se rapprocher du GEPEA.
Stockage d’énergie par compression isotherme de l’air
« Il y a dix ans, SEGULA Technologies souhaitait mener un projet de recherche sur un procédé de stockage d’énergie en comprimant de l’air de façon isotherme », retrace Albert Subrenat. « L’entreprise, qui avait identifié le potentiel de cette technologie, désirait approfondir la compréhension scientifique des mécanismes en jeu, en l’occurrence des problématiques de transferts thermiques et de mécanique des fluides. » Le GEPEA faisait alors office de partenaire idéal, en raison de son expertise reconnue en génie des procédés pour les écotechnologies et les bioressources. Le projet de recherche a alors pris la forme d’une thèse CIFRE, à partir de 2014, conduite par Thibault Neu, Senior Technical Officer chez SEGULA Technologies.
À travers ces travaux, SEGULA Technologies ciblait notamment le stockage en mer d’énergie issue de sources renouvelables. En effet, celles-ci, en particulier l’éolien et le photovoltaïque, ne fonctionnent que par intermittence : il est donc nécessaire de pouvoir stocker le surplus d’électricité produit afin de le réutiliser lorsque la production baisse, voire s’interrompt. Pour remplir cette mission, des batteries sont souvent employées, mais elles s’avèrent généralement polluantes et limitées dans leur capacité de stockage.
À l’inverse, stocker de l’énergie via de l’air comprimé permet de s’affranchir de ces contraintes. « C’est un procédé bien connu, pour lequel on emploie habituellement des compresseurs mécaniques », note Albert Subrenat. « Cependant, dans ce cas, l’air s’échauffe à la compression et se refroidit à la détente. Et ces variations de température pèsent sur le rendement de ces dispositifs. » Par conséquent, les équipes du GEPEA et de SEGULA Technologies ont travaillé sur un système de compression isotherme, grâce à un piston liquide.
Albert Subrenat, Line Poinel et Thibault Neu
Projet REMORA : du système industriel au dispositif pour particuliers
« Il s’agit d’un moteur, alimenté par l’excédent d’électricité produit durant la phase de production, qui actionne un piston faisant monter de l’eau au sein d’une chambre de compression », explique Albert Subrenat. « L’air ainsi comprimé est alors stocké dans des bouteilles, pour être réutilisé par la suite. Et à l’aide d’un échangeur thermique placé dans l’eau, nous parvenons à dissiper la chaleur de l’air lors de la compression, sa température restant donc constante. » Et le système est bien sûr réversible : en cas de besoin d’énergie, l’air peut être détendu, toujours de façon isotherme, poussant ainsi l’eau et actionnant le moteur, pour générer du courant.
Si le principe paraît simple, il s’accompagne toutefois de nombreux défis scientifiques, afin notamment de maximiser le rendement du dispositif. « Il s’agit essentiellement de comprendre, d’analyser et d’optimiser les mouvements des fluides et les échanges thermiques, ainsi que l’interface eau-air », détaille le chercheur. « Par exemple, la dissipation de chaleur est facilitée par l’ajout d’un échangeur thermique dans l’eau. Mais quelles propriétés doit-il présenter pour jouer au mieux son rôle, sans pénaliser le rendement ? » À ces questions s’ajoutent des problématiques d’ingénierie, afin d’aboutir à un système utilisable en pratique : dimensions, résistance en conditions réelles, pilotage…
Les travaux de recherche, entamés en 2014, se sont poursuivis après la fin de la thèse de Thibault Neu, sous le nom de « projet REMORA ». Ils ont abouti à une technologie brevetée, dont le rendement dépasse 70 %. « Un excellent résultat, pour un système bien plus écologique que les batteries classiques », juge Albert Subrenat. En effet, le dispositif mis au point permet de stocker davantage d’énergie et utilise principalement de l’eau, en circuit fermé de surcroît.
Néanmoins, le travail autour de REMORA n’est pas terminé : l’équipe cherche à intensifier le procédé développé, à travers deux projets en cours. Le premier, qui s’inscrit dans le cadre du programme européen
LabCIS : un laboratoire commun pour prolonger et étendre le partenariat
Par ailleurs, cette première collaboration fructueuse a poussé SEGULA Technologies et le GEPEA à donner une nouvelle dimension à leur partenariat. C’est ainsi qu’est né, en décembre 2019, le laboratoire commun LabCIS. « Cette structure constitue une véritable union des savoir-faire et des personnes, pour coconstruire de la connaissance scientifique exploitable », présente Albert Subrenat. « Elle offre aussi une grande agilité : nous pouvons rapidement adapter nos travaux de recherche aux résultats obtenus. » Le LabCIS réunit une dizaine de chercheurs issus des deux entités, parmi lesquels un trio chargé de son animation : Albert Subrenat, Thibault Neu et Line Poinel (responsable Recherche & Développement chez SEGULA Technologies).
Ce laboratoire commun a premièrement pour ambition d’approfondir les travaux autour du stockage d’énergie par air comprimé, via la poursuite du projet REMORA. Mais deux autres axes de recherche, moins matures, figurent également au programme.
« Nous comptons tout d’abord développer un procédé de séparation de gaz », indique Albert Subrenat. « Par exemple, lors d’un processus de méthanisation, on obtient un mélange gazeux de dioxyde de carbone et de méthane. Pour pouvoir exploiter ce dernier comme carburant, il faut donc être capable de séparer les deux. » En réalité, une telle technologie existe déjà. Cependant, elle implique généralement de mettre en place une usine de traitement du biogaz, une possibilité seulement offerte aux grands industriels. Or, le LabCIS entend s’adresser à de plus petits producteurs, par exemple à des agriculteurs transformant leurs déchets organiques par méthanisation. Il s’agit donc de développer une technologie répondant à leurs besoins, ainsi qu’à leur budget et à leurs contraintes.
Enfin, les chercheurs s’attaqueront à la problématique de la désulfuration des hydrocarbures maritimes. « Les émissions de soufre par les bateaux sont encadrées par des réglementations qui varient selon les zones maritimes », observe Albert Subrenat. « Nous voulons donc proposer un moyen de désulfurer le carburant directement sur le navire, afin que celui-ci puisse se conformer aux règles les plus strictes dès son arrivée dans les zones concernées. » En outre, SEGULA Technologies et le GEPEA souhaitent que ce système soit biologique. Par conséquent, les chercheurs vont partir en quête d’une bactérie capable de consommer le soufre dans l’hydrocarbure, avant d’optimiser le procédé développé.
Une collaboration qui s’inscrit dans la durée
De prime abord, les trois axes de recherche du LabCIS peuvent sembler assez éloignés, aussi bien quant à leurs objectifs qu’à leurs applications. « En réalité, la démarche scientifique reste similaire dans tous les cas », objecte Albert Subrenat. « Chaque procédé implique un mécanisme physico-chimique, plus ou moins connu, qu’il faut alors comprendre et analyser. Cette connaissance permet ensuite de modéliser ce qui a été observé, puis d’optimiser le système élaboré. »
Initialement conclu pour une durée de quatre ans, le LabCIS arrive à échéance à la fin de l’année 2025, et les activités engagées invitent à son renouvellement. Un prolongement motivé tant par les enjeux essentiels, notamment écologiques, auxquels les chercheurs tentent de répondre que par « l’aventure humaine » – chère aux yeux d’Albert Subrenat et des partenaires impliqués – que représente ce laboratoire commun.
