BIOMIMÉTISME ET VÉHICULE DÉCARBONÉ : Application de la conception bio-inspirée pour générer des innovations de rupture

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1 BIOMIMÉTISME ET VÉHICULE DÉCARBONÉ : Application de la conception bio-inspirée pour générer des innovations de rupture Doctorante en thèse CIFRE Renault Créativité & Performance Innovation LIVIC (Laboratoire sur les interactions véhicule infrastructure conducteurs IFSTTAR) ISIR (Institut des systèmes intelligents et de robotique UPMC- CNRS) Philippe DOUBLET Renault : Directeur Créativité & Performance Innovation Séminaire Aristote 03/06/2014

2 Panorama Les émissions de CO 2 des automobiles et la rupture Une démarche innovante? Nouvelles pistes Collaborations inattendues Philippe DOUBLET 03/06/2014 2

3 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète Contexte Biomimétisme Apports IPCC, 2014 Source: GIEC, 5th AR, 2014 Les émissions des gaz à effet de serre augmentent, surtout les émissions de CO 2 produites par les combustibles fossiles et les procédés industriels IPCC, 2013 Source: GIEC, 5th AR, 2013 Ces émissions contribuent au phénomène du réchauffement climatique Philippe DOUBLET 03/06/2014 3

4 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Les ventes et le stock des véhicules légers (passagers et utilitaires) en 2010 (IEA, ETP 2012) : Les véhicules utilisant les carburants fossiles dominent les ventes et le parc automobile partout dans le monde Philippe DOUBLET 03/06/2014 4

5 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Le modèle MoMo (AIE, 2012) prévoit environ 2 milliards de véhicules légers en 2050 : Si le parc automobile reste dominé par les carburants fossiles Contraintes : épuisement des ressources, production de CO 2 et des polluants Philippe DOUBLET 03/06/2014 5

6 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Lutter contre le changement climatique Réduire les émissions de CO 2 de l automobile Améliorer la qualité de l air en ville Garantir un avenir durable pour la mobilité Réduire la dépendance des carburants fossiles Philippe DOUBLET 03/06/2014 6

7 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Lutter contre le changement climatique Réduire les émissions de CO 2 de l automobile Améliorer la qualité de l air en ville Garantir un avenir durable pour la mobilité Réduire la dépendance des carburants fossiles Actions de l industrie automobile? Philippe DOUBLET 03/06/2014 7

8 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Réductions dans tous les segments véhicule. 1) Améliorations de la chaîne de traction conventionnelle 2) Electrification ICCT, 2013 Philippe DOUBLET 03/06/2014 8

9 Les émissions de CO 2 : un enjeu pour la planète et pour l automobile Réductions dans tous les segments véhicule. 1) Améliorations de la chaîne de traction conventionnelle Transport & Environnement, 2014 Renault leader en 2013 (Europe) Transport &Environnement, ) Electrification Réductions plus importantes : ruptures Philippe DOUBLET 03/06/2014 9

10 Idées en rupture? Contexte Biomimétisme Apports F traction F res F poids Frottements Aérodynamique Masse Efficacité moteurs Conducteurs Automatisation Philippe DOUBLET 03/06/

11 Idées en rupture? Connaissances du vivant? Fin 2011 : Exposition Biomimétisme à l Innovation Room (Technocentre Guyancourt) Philippe DOUBLET 03/06/

12 Idées en rupture? Connaissances du vivant? Mai 2012: Thèse CIFRE Fin 2011 : Exposition Biomimétisme à l Innovation Room (Technocentre Guyancourt) Objectifs: Concevoir et évaluer des concepts bio-inspirés pour la réduction des émissions de CO 2 Philippe DOUBLET 03/06/

13 Que cherchions nous dans le biomimétisme? Propriétés intéressantes - Matériaux - Énergie - Aérodynamique - Communications Quelles sont les caractéristiques qui produisent ces propriétés intéressantes? Connaissances Un nouveau regard sur nos connaissances d ingénieur À partir des connaissances et propriétés du vivant Freitas et Hatchuel, 2014 Philippe DOUBLET 03/06/

14 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Identification des concepts qui permettent de définir le véhicule décarboné (Stage Amsterdamer et Molin, élaboration) Le véhicule décarboné À partir des modifications sur le véhicule À partir de modifications des conducteurs À partir des modifications de l environnement du véhicule En agissant sur les émissions produites par le carburant En agissant sur les matériaux utilisés dans le véhicule En agissant sur la fabrication et distribution du véhicule En agissant sur les émissions de la fin de vie du véhicule Du réservoir à la roue Du puits au réservoir Philippe DOUBLET 03/06/

15 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Identification des concepts qui permettent de définir le véhicule décarboné (Stage Amsterdamer et Molin, thèse) Le véhicule décarboné À partir des modifications sur le véhicule À partir de modifications des conducteurs À partir des modifications de l environnement du véhicule En agissant sur les émissions produites par le carburant En agissant sur les matériaux utilisés dans le véhicule En agissant sur la fabrication et distribution du véhicule En agissant sur les émissions de la fin de vie du véhicule Du réservoir à la roue Du puits au réservoir Philippe DOUBLET 03/06/

16 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Dans l utilisation, quels concepts auraient besoin de ruptures? Aérodynamique Améliorations de l efficacité du moteur thermique Nouvelles motorisations Électrification : Hybrides Électrique Allégement Pile à combustible Business Models Philippe DOUBLET 03/06/

17 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Pour les véhicules hybrides, quelles bases de connaissances étaient disponibles? K sur les chaînes de traction électriques K sur les chaînes de traction thermiques K sur les formes de stockage d énergie K sur les stratégies de management de l énergie Philippe DOUBLET 03/06/

18 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Pour les véhicules hybrides, quelles bases de connaissances étaient disponibles? Nos questions: K sur les chaînes de traction électriques 1. Existent-ils dans le vivant des systèmes qui possèdent plus d une source d énergie? K sur les chaînes de traction thermiques K sur les formes de stockage d énergie 2. Quelles sont les stratégies que ces systèmes utilisent? K sur les stratégies de management de l énergie Philippe DOUBLET 03/06/

19 Comment appliquer le biomimétisme pour le véhicule décarboné? Un processus avec plusieurs étapes itératives: Contexte Biomimétisme Apports Recherche dans les livres de biologie Domaine identifié: Production d énergie dans les cellules Contacts avec biologistes Sous domaine: L énergétique humaine Révision des connaissances sur les hybrides Systèmes avec plusieurs sources d énergie Caractéristiques des sources (Langage Naturel) Équipe du professeur Véronique Billat (UBIAE INSERM U902) Énergie pour l exercice Fonction des connaissances apportées du vivant Philippe DOUBLET 03/06/

20 Quels apports de la bio-inspiration? Contexte Biomimétisme Apports Pour la gestion d énergie - Deux systèmes énergétiques pour l humain: Quantités limitées: PC Permettent une Anaérobie surcapacité Glucides Régénérés pendant Cytoplasme l exercice Aérobie O 2 Lipides Glucides Mitochondrie Limitation en puissance (énergie/temps) Limitation en quantité et moins en puissance 21 Et quelle relation avec les véhicules multi-énergie? Philippe DOUBLET 03/06/

21 Quels apports de la bio-inspiration? Le multi-énergie : «le meilleur de deux mondes» Contexte Biomimétisme Apports Réservoir de carburant Batterie Moteur thermique Moteur électrique Transmission Philippe DOUBLET 03/06/

22 Quels apports de la bio-inspiration? Le multi-énergie : «le meilleur de deux mondes» Réservoir de carburant Batterie Moteur thermique Moteur électrique Transmission Philippe DOUBLET 03/06/ Électrique : Zéro émissions en usage Batteries limitées en capacité Possibilité de récupérer l énergie au freinage

23 Quels apports de la bio-inspiration? Le multi-énergie : «le meilleur de deux mondes» Réservoir de carburant Batterie Moteur thermique Moteur électrique Transmission Philippe DOUBLET 03/06/ Thermique : Avec oxygène Émissions de CO 2 en usage Haute puissance et capacité (carburant)

24 Quels apports de la bio-inspiration? Le multi-énergie : «le meilleur de deux mondes» Réservoir de carburant Batterie Moteur thermique Moteur électrique Transmission Hybride : Utiliser thermique et électrique dans des meilleurs points de fonctionnement Récupération Philippe DOUBLET 03/06/

25 Quels apports de la bio-inspiration? Contexte Biomimétisme Apports Pour la gestion d énergie - Deux systèmes énergétiques pour l humain: Quantités limitées: PC Permettent une Anaérobie surcapacité Glucides Régénérés pendant Cytoplasme l exercice Aérobie O 2 Lipides Glucides Mitochondrie Limitation en puissance (énergie/temps) Limitation en quantité et moins en puissance 26 Connaissances revisitées pour les hybrides: la stratégie de gestion d énergie et les caractéristiques (puissance, capacité) des sources. Philippe DOUBLET 03/06/

26 Quels apports de la bio-inspiration? Contexte Biomimétisme Apports Pour l utilisation des sources : importance de la façon optimale de courir: Connaissance revisitée pour les hybrides: les facteurs influant la capacité de régénération. Philippe DOUBLET 03/06/ Source: Billat et al., 2009

27 Quels apports de la bio-inspiration? Contexte Biomimétisme Apports Pour des possibles autres formes de récupération d énergie: Royal Society YouTube Connaissance revisitée pour les hybrides: le stockage d énergie sous forme élastique Philippe DOUBLET 03/06/

28 Quels apports de la bio-inspiration? Contexte Biomimétisme Apports En plus de ces concepts et connaissances à explorer, Quelles apports pour l ENTREPRISE? Nouvelles collaborations Intégration de la bioinspiration dans d autres projets Un nouveau regard sur des connaissances parfois considérées comme établies Un laboratoire de robotique Le laboratoire en biologie (aussi impliqué dans d autres projets à présent) Les modes de conduite écologique Les stratégies de gestion d énergie Les limitations de l énergie élastique Philippe DOUBLET 03/06/

29 Conclusions et Perspectives Les concepts sont en processus d évaluation (simulations numériques, discussions avec experts); Les résultats seront présentés le 13/11/2014 à l Université d Evry Congrès : Optimisation Énergétique de l Homme à la Machine Les principaux apports de cette recherche : La bio-inspiration permet de rompre les effets de fixation; Stimule les collaborations entre domaines très distants en générant des intérêts communs. Cette «inspiration mutuelle» bénéficie ingénieurs et scientifiques. Philippe DOUBLET 03/06/

30 Les références Publications liées aux travaux de recherche : Freitas Salgueiredo, C., Hatchuel. A., Modeling biological inspiration with the C-K design theory, Proceedings of the DESIGN 2014 conference. Freitas Salgueiredo, C., Orfila, O., Saint Pierre, G. et al., Overview of strategies for reducing CO2 emissions during the use phase of passenger cars, Proceedings of TRA 2014 conference. Autres références : Billat, V., Physiologie et méthodologie de l entraînement: de la théorie à la pratique. Sciences et pratiques du sport. De Boeck Université, 2012 (3 e édition). Billat, V., VO2 max à l épreuve du temps. De Boeck Université, Billat et al., 2009, Differential modeling of anaerobic and aerobic metabolism in the 800-m and 1,500-m run, J Appl Physiol 107: ICCT, European Vehicle Market Statistics, IEA, MoMo Model, mars Philippe DOUBLET 03/06/

31 Merci pour votre attention Questions? Lomig Unger Philippe DOUBLET 03/06/