Projets du pôle : des résultats concrets - Livret N 2 L innovation en ac tions
La collaboration gagnante de l industrie et de la recherche > Foresee Des retombées pour l ensemble page 04 des acteurs de la forêt > Reconception Des gains de compétences pour conforter 08 En avril 2014, Tenerrdis publiait la première édition de son livret «L innovation en actions» consacré aux retombées concrètes de projets labellisés par le pôle. la filière hydroélectrique dans son avenir Cette deuxième édition a la même finalité et présente une nouvelle sélection de 5 projets aboutis qui illustre «l usine à produits d avenir». Elle bénéficie par ailleurs du label «10 ans des pôles de compétitivité» décerné par l État car elle témoigne du retour d expérience des travaux collaboratifs de R&D du pôle. Ces projets innovants concernent cinq filières des nouvelles technologies de l énergie : biomasse, hydraulique, efficacité énergétique dans les bâtiments, solaire, gestion des réseaux. Ils contribuent aux grands objectifs de la transition énergétique qui s attache à la fois aux économies d énergie et au développement des énergies renouvelables sur le territoire. La collaboration gagnante industrie/recherche a permis aux entreprises partenaires de renforcer leur leadership sur le marché mondial ou de se positionner sur de nouveaux marchés offrant des perspectives de croissance à moyen terme. Sommaire > Sirteri Une rénovation thermique efficace et rapide à mettre en œuvre > Solarjet Des possibilités de design infinies pour des objets autonomes en énergie > Superfacts La supraconductibilité renforcée sur les câbles de puissance 12 16 20
Foresee Objectif à l aide de données de télédétection, développer, à l échelle de la parcelle, des outils d évaluation qualitative et quantitative de la ressource forestière et de sa dynamique, estimer sa disponibilité, les conditions et coûts de sa mobilisation. Acteurs FCBA (Forêt Cellulose Bois-Construction Ameublement), IRSTEA (Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour l Environnement et l Agriculture), INRA (Institut National de Recherche Agronomique), ONF (Office National des Forêts), Sintegra, IGN (Institut Géographique National) Partenaires associés : ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs), UCFF (Union de la Coopération Forestière Française) Financement Agence Nationale de la Recherche (ANR) Enjeux La demande croissante de bois énergie exige une gestion mesurée et efficace de la ressource forestière. Pour mieux la mobiliser, cela induit chez les professionnels de la filière un besoin de caractérisation et de spatialisation de la ressource forestière plus fin qu aujourd hui. Le projet Foresee (Forest Resource Estimation for Energy) s inscrit dans un contexte où les données statistiques du bois en France sont disponibles mais peu adaptées à l exploitation opérationnelle. C est en effet à l échelle d un massif forestier ou d une parcelle que les statistiques permettront de qualifier demain la ressource disponible. Coordinateur du projet Foresee, l institut technologique FCBA a mobilisé les experts académiques français de la télédétection appliquée à la foresterie pour imaginer des outils et des méthodologies basées notamment sur des relevés issus du LIDAR (light detection and ranging). Associées à de la science forestière, les technologies de la télédétection permettent d obtenir une information sur la ressource forestière compatible avec les logiciels de systèmes d information géographiques (SIG) et ouvrent ainsi la possibilité d une gestion à la parcelle. La technologie laser du LIDAR offre aussi la possibilité de créer un modèle numérique du terrain (MNT) de haute précision, de l ordre de 10 cm pour repérer les routes en zone de pente et identifier les techniques d exploitation forestière compatibles avec la topographie. Des outils SIG permettent alors de gérer et préparer en bureau les opérations de terrain pour les optimiser. 5
6 Foresee Les partenaires de Foresee ont recensé auprès des acteurs de la filière leurs attentes au niveau d une caractérisation de la ressource forestière afin d orienter la recherche vers la satisfaction de ces besoins. Des retombées pour l ensemble des acteurs de la forêt Les résultats de Foresee ouvrent la voie à des applications concrètes des informations provenant des données de télédétection et notamment du LIDAR. Pour certains indicateurs de gestion, telle la hauteur, cette information est de qualité au moins aussi bonne que celle provenant de relevés de terrain. Pour d autres (volume, surface terrière) la qualité des résultats est, suivant les cas, comparable ou moins bonne et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour réduire les erreurs. Foresee montre que l acquisition de ces données trouve une valorisation directe pour tous les acteurs, publics et privés, de la filière : propriétaires et gestionnaires, coopératives et exploitants forestiers, industriels et communes forestières, CRPF, ONF, SERFOB Cette information forestière désormais livrée au niveau de la parcelle rencontre ainsi les pratiques opérationnelles des acteurs. Croissance Foresee a considérablement enrichi la production scientifique française sur la caractérisation de la ressource forestière. Par rapport à la littérature scientifique internationale, les résultats sont comparables voire meilleurs sur des peuplements homogènes (forêt des Landes) et sont prometteurs sur les peuplements mélangés et les feuillus. Le projet s est conclu par la cartographie d une zone forestière de 1200 km² du massif des Vosges. Un comparatif des outils logiciels grâce aux données du relevé terrain a validé les meilleures méthodologies développées dans le projet. Foresee fournit une pierre angulaire pour le développement de l exploitation commerciale des données de la ressource forestière en France. C est déjà le cas à l étranger, où un modèle économique s est stabilisé autour de partenariats recherche-entreprise. Perspectives Il est à prévoir que l utilisation des outils logiciels proposés par Foresee sera encouragée par la télédétection, une technologie qui tend à se diffuser. Foresee est en mesure d intégrer la forêt comme objectif de couverture LIDAR, les relevés LIDAR étant déjà utilisés par l État dans le cadre d études d aménagement. Les outils développés dans le cadre de Foresee pourraient être industrialisés avec l appui d acteurs tels que Sintegra. Ce groupe de géomètres-experts, pionnier de la lasergrammétrie LIDAR en France, a montré son intérêt pour adapter ces outils dans une prestation packagée de caractérisation de la ressource forestière pour ses clients, collectivités territoriales et aménageurs. Pour en savoir plus sur la filière biomasse, Pour en savoir flashez plus, ce code flashez ce code 8 partenaires mobilisés 1 200 km² de zone forestière cartographiée 7
Reconception Objectif Fournir une méthodologie pour la reconception d ouvrages hydroélectriques afin d augmenter leur puissance jusqu à plus de 30 %. Acteurs Alstom Hydro, EDF-CIH (Centre d ingénierie hydraulique) et plateforme CREMHyG (Centre de recherche et d essais de machines hydrauliques de Grenoble) de Grenoble INP Financement Fonds Unique Interministériel (FUI), Conseil Régional Rhône-Alpes, Conseil Général de l Isère, Ville de Grenoble. Enjeux L hydroélectricité représente 16 % de l électricité produite dans le monde. Cependant les pays de l hémisphère nord font face au vieillissement de leur parc hydroélectrique : plus de la moitié des installations sont âgées de plus de 30 ans. Or, il est encore possible de gagner des points de rendement sur de telles installations, et ce sans toucher au génie civil. Les experts ont estimé qu en reconcevant les seules turbines, la production d électricité d origine hydraulique augmenterait de 4 TWh en France, et de 30 TWh en Europe, soit 5 % de la production totale. Le marché de la reconception (retrofit) est estimé à 1,16 milliard d euros par an. Il est justifié non seulement par l âge moyen des centrales mais également par la nécessité de renforcer la flexibilité de leur production afin de répondre plus finement à la variabilité des besoins en électricité. L ambition du projet Reconception a porté à la fois sur la réalisation d un programme de R&D et sur une attention redoublée aux besoins industriels. Il s inscrit dans un effort d adaptation des méthodologies et des instrumentations aux problématiques des modèles expérimentaux. Il donne au retrofit une valeur ajoutée supérieure, un métier d autant plus spécifique qu il exclut, dans le cas des centrales hydroélectriques, la possibilité de tout modifier. 9
Reconception L innovation fait battre le cœur des centrales hydroélectriques existantes. Reconception optimise les efforts de modernisation des installations et leur adaptation aux enjeux durables. 10 Des gains de compétences pour conforter la filière hydroélectrique dans son avenir À travers le projet Reconception démarré en 2008, Alstom Hydro, EDF-CIH et le CREMHyG ont étudié l influence de différents paramètres, pris isolément, sur la performance des systèmes : écoulement dans les aspirateurs, distance des axes du distributeur et de la roue d une turbine Dès qu ils étaient disponibles, les résultats ont été utilisés pour la plupart des projets dont Alstom Hydro avait la charge. L expérience acquise durant quatre ans par ce projet offre désormais à Alstom Hydro les compétences clés pour apporter rapidement des solutions adaptées aux besoins de ses clients, en particulier pour le déploiement des bases installées. Reconception a fourni un business model basé sur la construction de solutions uniques sur mesure. Alstom Hydro a créé dès 2012 un secteur dédié : Services et Reconception, qui repose sur la maintenance, les diagnostics et la fourniture des équipements. Celui-ci comprend le service, les petits et grands projets de retrofit. L entreprise s impose désormais comme un acteur majeur du marché de la réhabilitation des centrales hydroélectriques. Croissance En complément des efforts continus d Alstom Hydro en R&D, les travaux menés dans Reconception ont offert à Alstom Hydro un important avantage concurrentiel. Les équipes d Alstom Hydro ont ainsi pu remporter plusieurs projets de reconception de centrales générant un chiffre d affaires de 200 ME, dont plus de 80 % à l international, à travers l Europe et en Amérique du Nord. Le projet Reconception a permis à Alstom Hydro d engager un partenariat fructueux avec le CREMHyG. La réussite du projet s exprime aussi en termes humains : EDF a vu ses compétences s accroître dans les services centraux avec la création de huit emplois à long terme. De son côté, Alstom Hydro a renforcé ses équipes de R&D : en 7 ans, celles-ci ont vu leurs effectifs augmenter de plus de 90 %. Perspectives La plateforme technologique du CREMHyG a intensifié son activité : d autres projets FUI ont profité de la dynamique enclenchée par Reconception. Les relations se poursuivent aujourd hui avec d autres financements (Penelop, Essaimage). Une chaire d excellence industrielle dédiée aux machines hydrauliques a vu le jour, en partenariat avec Grenoble INP. Alstom Hydro projette la création d un nouveau banc d essais de turbines hydrauliques avec Grenoble INP, où deux thèses sont actuellement menées sur le sujet. Pour en savoir plus sur la filière hydraulique, flashez ce code 10 emplois créés 10 publications 1 brevet déposé 11
Sirteri Objectif Développer un système industriel d isolation par l intérieur des locaux tertiaires, composé de cloisons à caractéristiques d isolation ou d accumulation thermique élevées. Acteurs Sainte-Marie Constructions Isothermes (SMCI), ARaymond, CSTB de Grenoble, Laboratoire des Matériaux Organiques à Propriétés Spécifiques (LMOPS). Financement Fonds Unique Interministériel (FUI), Conseil Régional Rhône-Alpes, Conseil Général de l Isère. Enjeux À cause des gaz frigorigènes qu ils contiennent, les systèmes de climatisation classiques aggravent l effet de serre. Consommateurs d énergie électrique, ils nuisent tant au confort qu à la santé des usagers. Le projet Sirteri veut substituer à la climatisation une solution intégrée de rénovation par l intérieur des bâtiments tertiaires : bureaux, commerces, services publics, hôtels, etc. Principal marché visé : le parc des bâtiments tertiaires, qui pâtit généralement de faibles performances énergétiques. La rénovation thermique par l intérieur proposée par Sirteri suscite d autant plus d intérêt que l isolation extérieure des bâtiments de bureaux n est pas toujours possible, compte tenu de leur architecture spécifique. Faciles à installer, ces systèmes s inscrivent aussi dans une tendance ludique de l aménagement et de la reconstruction, s inspirant des cuisines dont on assemble à loisir les différents éléments. Le projet Sirteri bénéficie d un contexte porteur : la rénovation du parc de bâtiments tertiaires représente 1/4 du patrimoine immobilier bâti et 1/3 des consommations énergétiques. Le marché de la rénovation s oriente à l accélération : 80 % des bâtiments de 2050 existent déjà. 13
14 Sirteri Les deux entreprises industrielles de Sirteri ont pu, grâce à la collaboration avec le CSTB et le LMOPS, développer un savoir-faire pour la rénovation thermique des bâtiments. Une rénovation thermique efficace et rapide à mettre en œuvre Le système développé par Sirteri consiste en une «boîte dans la boîte», concept imaginé par les ingénieurs du CSTB Grenoble, d après le modèle des salles blanches. Les parois de cette boîte possèdent les caractéristiques d un «super-isolant» et peuvent même intégrer un matériau à changement de phase qui régule leur température. Une lame d air sépare ces cloisons de l enveloppe originelle des bâtiments. Elle assure le refroidissement et le chauffage de la pièce, garantit une ventilation et facilite enfin le passage des servitudes. À la fois modulaire et réversible, le système de Sirteri propose aussi des méthodes de fixation innovantes sans perçage pour offrir une parfaite étanchéité des cloisons. Cette méthode de rénovation offre aussi le double avantage d être rapide à mettre en œuvre et de perturber le moins possible l organisation en place. Croissance Le développement industriel de Sirteri repose sur la production par SMCI de panneaux isolants de faible épaisseur et à inertie thermique renforcée. L entreprise ARaymond produit les accessoires de liaison et de fixation grâce au système exclusif «click and go» qu elle a développé. Le CSTB s est attaché à modéliser le fonctionnement thermique et aéraulique des panneaux, le LMOPS celui des locaux. Pour ARaymond, la mise au point de ces systèmes de fixation sans perçage des cloisons et d une nouvelle solution de fixation de rupteurs de pont thermique offre un axe de diversification industrielle qui lui permet de se lancer sur de nouveaux marchés et d engager des partenariats prometteurs pour l avenir. La fabrication des panneaux avec le matériau à changement de phase par SMCI a nécessité la mise au point d une méthode d incorporation du matériau dans les parois et a permis à l entreprise de définir une stratégie complète de fabrication automatisée. Perspectives Au sein d un bâtiment administratif, le Conseil Général de l Isère a mis 3 bureaux à la disposition du projet. Des systèmes complets de «boîtes isolantes» ont pu être montés et démontés simplement, validant les gains en confort thermique et acoustique et l ingéniosité d un concept adapté aux enjeux de l économie circulaire : ces panneaux de taille standard, réutilisables et recyclables, ne nécessitent pas de casser les cloisons existantes. En visant les bâtiments tertiaires, beaucoup plus homogènes que l habitat, Sirteri facilite aussi l industrialisation de son système. La preuve de concept réalisée dans ces bureaux a conduit les partenaires à s engager dans un nouveau projet FUI. Baptisé Renov Indus, celui-ci cherche à réaliser un démonstrateur à plus grande échelle, en rénovant cette fois-ci un étage complet d un bâtiment tertiaire, devant valider le modèle économique de la solution mise en œuvre. Pour en savoir plus sur la filière efficacité énergétique dans le bâtiment, flashez ce code AVANT Division par 2,5 de la durée d inconfort 3 nouveaux produits 3 publications APRÈS 15
Solarjet Objectif Proposer des solutions photovoltaïques capables de rendre n importe quel objet de la vie quotidienne autonome en énergie. Acteurs Ardeje, Hutchinson et le CEA-INES. Financement Fonds Unique Interministériel (FUI), Conseil Régional Rhône-Alpes, Conseil Général de la Drôme. Enjeux Parmi les technologies solaires, la technologie silicium a démontré toute sa pertinence dans le développement de l énergie photovoltaïque, à tel point que 90 % de la production de capteurs solaires est aujourd hui réalisée à partir de silicium. Mais il existe également des cellules à base de matériaux organiques qui offrent les meilleurs gisements de réduction de coûts (même si les rendements de conversion offerts sont moindres). Cette technologie présente l avantage de satisfaire rapidement le marché de l autonomie des objets nomades et des activités outdoor, promis à une forte croissance. Un consortium réunissant les entreprises Ardeje et Hutchinson ainsi que le CEA-INES s est créé pour développer cette source d énergie à très bas coût. L idée consiste à appliquer la technologie de l impression sans contact, exploitée historiquement par la société Ardeje, pour déposer les différentes couches fonctionnelles de la cellule photovoltaïque. Par sa facilité d application, cette technologie permet de concevoir des cellules solaires organiques pouvant prendre toute forme (logo, objet, etc.) sur support rigide ou souple. 17
18 Solarjet La technologie jet d encre offre plusieurs avantages s ajoutant à ceux des cellules photovoltaïques : choix du design, support rigide ou souple et coûts d investissement de production allégés par rapport aux techniques d impression en rouleaux. Des possibilités de design infinies pour des objets autonomes en énergie Ce projet consacre un partenariat fructueux entre le CEA-INES et les entreprises Ardeje et Hutchinson. Dès 2005, l entreprise Ardeje avait mis au point une machine offrant la possibilité d imprimer sur des surfaces à plat comme en volume. Au savoir-faire industriel unique d Ardeje, Hutchinson a apporté son expertise de la transformation des élastomères pour le substrat des cellules photovoltaïques et leur encapsulation, permettant de renforcer considérablement leur performance et leur durée de vie. Le CEA-INES s est quant à lui attaché à la formulation des encres, à l architecture des modules ainsi qu à la caractérisation des performances des cellules. La dernière année du projet a conduit au développement de l équipement d impression permettant la mise en œuvre de cellules photovoltaïques répondant au cahier des charges fixé par le projet. Ardeje a depuis transféré sa gamme d impression de cellules photovoltaïques au sein de la start-up Dracula Technologies. Croissance Dracula Technologies a vu le jour fin 2011. Filiale à 65 % d Ardeje, elle a pour mission d exploiter l équipement d impression issu de SolarJet. Elle a réalisé en 2013 un chiffre d affaires de 150 k et emploie déjà quatre personnes à temps plein, dont un chef de projet intégration pour développer la connectique et l électronique du panneau solaire. Des preuves de concept ont été réalisées pour deux solutions distinctes issues de la même technologie, Dracula Power (technologie PV) et Dracula Lighting, pour l impression de dispositifs électroluminescents. Forte d un démonstrateur créé en partenariat avec l équipementier sportif Raidlight pour l édition 2013 du marathon des Sables, Dracula Technologies a mis sur le marché en 2014 un panneau solaire flexible de 35 grammes pour recharger les petits appareils électroniques. Dracula Technologies ambitionne à moyen terme de devenir producteur à façon de ses solutions en mode «BtoBtoC» au service de la mobilité énergétique. Perspectives SolarJet a représenté une étape clé pour lancer au niveau national une filière industrielle de production de cellules solaires organiques complète, capable à la fois de : - déposer les différentes couches de la cellule, - élaborer des formes liquides des matériaux fonctionnels, - développer un substrat, - adapter l encapsulation. Ardeje poursuit ainsi ses développements dans ce secteur au sein de nouveaux projets collaboratifs comme le projet Sfumato, qui vise le déploiement de modules photovoltaïques organiques de nouvelle génération. Partenaire du projet européen Smartblind, Ardeje adapte par ailleurs sa technologie pour le développement de futures fenêtres intelligentes. Pour en savoir plus sur la filière solaire, flashez ce code 3 brevets 1 prototype fonctionnel 1 création de start-up : Dracula Technologies 4 emplois créés 19
Superfacts Objectif Développer un procédé innovant pour fabriquer un fil rond pour les câbles de puissance doté des mêmes propriétés que le ruban. Acteurs Nexans France, Aperam, Institut Louis Néel et CRETA (Consortium de Recherche pour l émergence de technologies Avancées). Financement Fonds Unique Interministériel (FUI), FEDER. Enjeux La supraconductivité est la propriété, possédée par certains matériaux, de conduire le courant électrique sans résistance dans une plage donnée de température et jusqu à une valeur limite du courant. Les câbles électriques supraconducteurs ont donc des performances supérieures aux câbles traditionnels en conduisant le courant nominal avec moins de pertes et en limitant les surintensités de court-circuit. Dans un réseau de distribution d électricité, jusqu à 1 % de l énergie est perdue dans les lignes. La supraconductivité limiterait ces pertes et faciliterait l introduction de production d énergie décentralisée intermittente (solaire, éolien, etc). Au niveau mondial, cette technologie n est maîtrisée que par quelques industriels parmi lesquels Nexans, leader dans l industrie du câble. Le projet de R&D Superfacts, coordonné par ce dernier, s est attaché à développer les matériaux et les procédés pour la mise en œuvre de câbles supraconducteurs dits de 3 e génération, composés de fils ronds et non plus de rubans. Cette génération plus compacte et plus facile à installer doit accélérer la pénétration sur le marché des technologies supraconductrices. Pour ce faire, Nexans s est associé à l aciériste Aperam pour l élaboration de nouveaux matériaux supraconducteurs et avec deux instituts de recherche experts sur le dépôt des matériaux supraconducteurs : l Institut Louis Néel et le CRETA. 21
22 Superfacts Grâce au projet Superfacts, la supraconductivité monte en gamme avec la mise au point d une solution de câble de puissance compact intégrant des fils ronds faciles à utiliser et dotés de performances énergétiques élevées. La supraconductibilité renforcée sur les câbles de puissance Alors que les composants supraconducteurs n existaient que sous forme de ruban, le projet Superfacts s est concentré sur le développement industriel de fils supraconducteurs à section ronde. Les premiers tests ont porté sur des surfaces planes, puis convexes. Aperam a mis au point un procédé métallurgique à base de nickel texturé par épitaxie. Deux sociétés, l une allemande, l autre américaine, fabriquent désormais ce produit. Le projet a aussi permis de mettre au point plusieurs méthodes de quantification d hypertexture. La supériorité technique des câbles supraconducteurs tient aux propriétés du matériau du conducteur. Celui-ci se transforme à 200 C en un conducteur quasi parfait, capable de transporter 100 fois plus d électricité que le cuivre. Les câbles supraconducteurs développés par Nexans offrent déjà une capacité de transport d électricité 5 fois supérieure à celle des câbles en cuivre de même diamètre, avec des pertes électriques bien moindres. L introduction de fils de géométrie ronde permettra d augmenter l ampacité d un facteur 15 par rapport à celle des câbles conventionnels. Perspectives Nexans espère obtenir quelques dizaines de nouveaux câbles à installer par an à partir de 2015. Le projet de câbles composés de fils ronds se poursuit dans le projet FP7 Eurotapes. La collaboration de Nexans avec le CRETA se prolonge sur l étude des matériaux supraconducteurs, afin que l entreprise conserve son avance sur cette technologie. De nouveaux besoins ont pu être identifiés dans les transports, notamment l aviation et le naval. 30 emplois mobilisés 5 brevets 23 Croissance En le dotant d une compétence unique sur la scène internationale, Superfacts apporte à Nexans un avantage concurrentiel décisif. Le groupe ambitionne aujourd hui le marché des réseaux d infrastructures en zones urbaines. Alors que le marché du câble a tendance à se contracter légèrement en Europe, il poursuit sa croissance en Asie et en Amérique. Nexans souhaite promouvoir cette technologie sur tous les continents, dans le contexte porteur des réseaux intelligents. Après le succès de différents prototypes, la ville d Essen, en Allemagne, a déjà choisi d installer un kilomètre de ce système supraconducteur. Tests d impact de foudre simulant des tensions 7 fois supérieures à la tension nominale, tests de charge continue, tests sur la jonction de raccordement et les extrémités du câble : tous les voyants sont au vert. Le système a été plébiscité par les habitants, qui l ont jugé plus sûr, avec une tension moindre et sans rayonnement électromagnétique. Pour en savoir plus sur la filière gestion des réseaux et stockage électriques, flashez ce code 14 publications
Polytec 19 rue des Berges CS 90064 38024 Grenoble Tél. 04 76 51 85 34 contact@tenerrdis.fr www.tenerrdis.fr @tenerrdis Crédits Photos : Alstom Hydro, Ardeje, CEA, Dracula Technologies, EDF-Conty Bruno - Astruc Lionel, FCBA, Nexans, ONF, Raidlight.