Prix de l ingénierie du futur 2015

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1 Prix de l ingénierie du futur 2015 Canot Nicolas Rodriguez Valentin Sivagurunathan Nesanthan Mahé François

2 I. Le Contexte Aujourd hui, le changement climatique constitue l une des priorités de la période à venir dans le domaine de la construction. En effet, la construction des bâtiments à venir devra innover afin de limiter leur impact sur le réchauffement climatique. Pour répondre à cette question, de nombreux moyens sont mis en place comme le prix de l ingénierie du futur. Nous avons choisi de participer à ce concours car ce sujet est inévitable dans le secteur du BTP. Afin de répondre à cette question, nous avons choisi de nous baser sur un matériau largement utilisé dans le domaine de la construction : le béton. En effet, le béton est omniprésent dans la plupart des constructions actuelles (maisons individuelles, bâtiments à usage collectifs, locaux d entreprise ), on en coule 190m 3 par seconde dans le monde soit 6 milliards de m 3 par an, ce qui en fait le matériau le plus consommé au monde. Malgré les avancées concernant la fabrication et la mise en œuvre du béton, de nombreux progrès restent à faire en matière de développement durable. Pour combler le manque d énergies fossiles, on met en place aujourd hui des systèmes à énergies renouvelables qui utilisent des ressources naturelles comme les panneaux photovoltaïques, les éoliennes, les barrages hydrauliques, etc... Si des cellules photovoltaïques sont mises en place sur des toitures, notamment de maisons individuelles, pourquoi ne pourraient-elles pas être incorporées au sein même du béton, sur les façades de la maison. Ce procédé innovant se nomme le béton photovoltaïque. Une autre de nos problématiques concerne la consommation électrique due à l éclairage des villes. En France, 9 millions de points lumineux existent, ce qui représente une consommation de 400 à 500 millions d euros par an. Ces chiffres correspondent à 1 à 2% de la consommation électrique française et 4% des émissions de CO2. Pour limiter l installation de points lumineux, une de nos idées est de mettre en place un éclairage incorporé au béton des façades. II. Le béton photovoltaïque Aujourd hui, la production d électricité de manière écologique est un enjeu capital. L Allemagne est l un des pays qui a le plus la volonté de progresser dans le domaine de l énergie propre, c est donc presque naturel que ce soit des ingénieurs allemands qui soient à l origine de l innovation exceptionnelle qu est le béton photovoltaïque. En effet depuis quelques années des chercheurs allemands travaillent sur un projet de béton capable de produire de l électricité grâce à l énergie solaire. a) Présentation Ce nouveau matériau, baptisé «Dyscrete», fonctionne de manière analogue à un panneau photovoltaïque, il utilise le principe des cellules photovoltaïques à colorants (appelée cellule de Gratzel), qui imite le processus de la photosynthèse (comme avec la chlorophylle).

3 Ce béton photovoltaïque est constitué de deux couches de matériaux conducteurs, une couche d oxyde de titane d un côté qui capture l énergie solaire et de l autre côté une couche de graphite. Ces deux éléments remplissent la fonction d électrolytes. Les deux surfaces sont connectées par un colorant, du jus de groseille ainsi que par du dioxyde de titane et une solution iodée. Enfin l ensemble est protégé par une fine couche transparente. b) Fonctionnement Voyons désormais comment agissent ensemble ces différents éléments pour produire du courant l électrique. Tout d abord, sous l effet du rayonnement solaire, les pigments dans le jus de groseille émettent un électron qui se déplace vers le conducteur supérieur. Le dioxyde de titane agit alors pour faciliter ce déplacement de l électron tandis que la solution iodée libère un nouvel électron. Suite à cette opération, le conducteur supérieur devient plus riche en électron. C est donc la différence de potentiel entre les deux électrodes du matériau qui génère un courant électrique. Conducteur supérieur Courant électrique Dioxyde titane de Jus de groseille (colorant) Solution iodée Conducteur inférieur Schéma 1 : Fonctionnement du béton photovoltaïque Il s agit d un matériau réellement remarquable puisque les chercheurs ont réussi la prouesse d intégrer le béton comme électrode. Ce procédé constitue une innovation majeure dans le monde de la construction et pourrait jouer un rôle très important dans les années à venir. Pour cela, le gouvernement Allemand investit de nombreux moyens pour poursuivre la recherche et augmenter l efficacité du dispositif. Pour le moment, les inventeurs ont pour objectifs d obtenir un rendement de 2%. Cette estimation paraît dérisoire mais compte tenu des surfaces qui pourraient être mise en jeu, la production serait tout de même très importante. D autant plus que le béton photovoltaïque réagit à la lumière diffusée, ainsi même les surfaces exposées au nord sont capables de produire presque autant d énergie que les surfaces bien exposées au soleil. Le problème pour l instant est la durée de vie de ce béton car au bout d une journée, les cellules sont épuisées. Ils recherchent donc à ajouter des bactéries qui augmenterait la durée de vie.

4 Il y a donc fort à parier que dans un futur proche nos bâtiments en eux-mêmes seront de véritables sources d énergie. III. Le béton phosphorescent L éclairage est primordial pour le fonctionnement d une ville, mais ceci à un réel coût de production. La production d énergie est de plus une source de pollution pour la Terre. Il faut alors chercher des solutions pour l avenir qui permettent de préserver au mieux notre planète. Prenons l exemple de l éclairage public, il se fait à l aide de lampadaires extérieurs et autres réverbères. Nous pouvons remplacer ces dispositifs par l utilisation de béton phosphorescent en ville ou en zone rurale. a) Présentation La société CIBETEC a créé un béton phosphorescent prénommé «béton Luciole» qui a la particularité d éclairer les rues sombres dans la nuit. Il peut être utilisé pour habiller les constructions de bâtiment ou pour la voirie. C est une réelle solution d énergie pour les zones urbaines ou rurales où l éclairage est inexistant. L application de ce béton comme solution paysager extérieur peut réduire le besoin de l éclairage électrique jusqu à 70 % le soir. Il possède aussi une fonction décorative de jour comme de nuit. Il se pose en façade d une structure ou sur la voirie en zone urbaine comme en zone rurale. Ce béton peut aussi être utilisé sur des équipements tels que les poubelles ou des bancs. Image 1 : Béton phosphorescent de nuit Image 2 : Béton phosphorescent de jour Ce matériau fonctionne exactement comme une substance phosphorescente. Elle se recharge dans la journée par la lumière naturelle du soleil ou artificielle et éclaire cette énergie la nuit. Ce béton ne génère pas de coût énergétique.

5 Béton phosphorescent b) Fabrication Schéma 2 : Fonctionnement du béton phosphorescent Dans ce béton, il suffit de remplacer les granulats habituels par les AGT «Ambiant Glow Technology», matière phosphorescente. Image 3 : Granulats AGT (Ambiant Glow Technology) C est un mélange de résine de polyester non rétractable, extrêmement dur et chargée de pigments photoluminescents. Cette matière est capable de renvoyer une lumière pendant plus de 12 heures pour une exposition au soleil de 10 minutes. Il est même possible de choisir la couleur des éléments phosphorescents puisqu il est possible de faire des AGT jaune-vert, bleu, turquoise et bleu ciel.

6 Image 4 : Exemple d éclairement du au béton phosphorescent IV. Conclusion La modification des composants du béton habituel peut apporter un réel impact écologique à notre environnement. Le béton photovoltaïque et le béton phosphorescent sont des vraies solutions à exploiter.