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La frugalité au programme des écoles d'ingénieurs

LUDOVIC FÉRY

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L'énergie devient une thématique de plus en plus importante dans les formations d'ingénieurs françaises, qu'elles soient généralistes ou spécialisées. L'activité de recherche interne aux écoles est également touchée, comme le prouve l'édition 2013 de notre classement annuel des écoles d'ingénieurs.

GRENOBLE INP : Une application pour bâtiment à énergie positive

Canopea : c'est le nom d'une maison solaire qui a remporté la compétition du Solar Decathlon en 2012. Imaginé par des élèves de Grenoble INP associés à des étudiants de l'école d'architecture de Grenoble, ce bâtiment prototype est notamment remarquable du fait de ses outils de monitoring, réalisés avec l'appui de deux laboratoires de Grenoble INP et d'une start-up, Vesta-System. « Il a fallu développer de nouveaux outils et de nouveaux langages informatiques pour gérer la complexité des équipements », souligne Frédéric Wurst, chercheur au G2Elab, un des laboratoires partenaires. Stockage de la chaleur, gestion du système de ventilation, de l'électricité issue des panneaux photovoltaïques, des appareils ménagers... Tout a été intégré au modèle numérique de la maison. Une application pour tablette numérique a aussi été développée, afin de programmer 24 heures à l'avance le schéma de consommation, suivant différents critères, comme la météo. Canopea a permis à Vesta-System de perfectionner son logiciel de supervision énergétique, VestaEnergy. Depuis le Solar Decathlon, la start-up et les chercheurs se sont fixé une feuille de route pour industrialiser la solution d'ici 2020.

ARTS ET MÉTIERS PARISTECH : Un simulateur à l'appui de l'électricité offshore

Le démonstrateur installé sur la plate-forme technologique Énergies réparties des Arts et métiers ParisTech de Lille prépare l'énergie du futur. Conçu en partenariat avec l'entreprise RTE, il simule l'infrastructure électrique qui doit rallier les énergies marines (éoliennes, hydroliennes) au continent. Sa puissance de 10 kilowatts et 250 volts est éloignée de celle prévue pour les parcs industriels - jusqu'à 2 000 mégawatts et plus de 600 kilovolts de courant. Pourtant, il doit livrer mi-2013 des outils de contrôle de tension et un algorithme de protection qui seront indispensables à leur essor. « Le principal défi pour l'offshore vient du fait que l'électricité sera acheminée sur de longues distances en courant continu », explique Frédéric Colas, responsable de la plate-forme Énergies réparties. Or, actuellement, les connexions marines sont en courant alternatif, ou en courant continu point à point. Pour une gestion intelligente de cette énergie en réseau interconnecté de type smart grid, il faudra obligatoirement passer par un maillage en courant continu. Par leurs calculs, les chercheurs s'assurent que la tension délivrée à travers les câbles reste optimale. Mais aussi que les défauts éventuels, comme un court-circuit, seront identifiés rapidement, afin que les équipements (câbles, composants de puissance) soient mis en sécurité et que les futurs disjoncteurs, qui n'existent pas encore au stade industriel, soient actionnés.

INP TOULOUSE : Un amplificateur pour réduire les pertes du ferroviaire

Avec 7 térawatts-heure consommés chaque année en France pour la traction électrique, le ferroviaire représente un gisement important d'économie d'énergie. C'est notamment vrai pour les lignes alimentées en courant continu à 1 500 volts, soit 40 % du réseau national. La tension étant relativement basse, une hausse du trafic ou le passage de wagons de marchandises lourds (Fret) nécessite plus de puissance. « Comme il n'est pas possible de changer la tension d'alimentation des trains, il faut obligatoirement modifier la façon de transporter l'énergie électrique sur la ligne », explique Philippe Ladoux, professeur au laboratoire Laplace. L'unité de recherche mixte de l'INP, du CNRS et de l'université de Toulouse III a conçu pour le compte de la SNCF un amplificateur de tension conçu pour répondre aux demandes accrues de courant. « Notre système peut réduire jusqu'à 40 % les pertes électriques, pour une économie d'énergie globale de 4 à 5 % », détaille le chercheur. Au point d'installation, le matériel déporte la consommation d'électricité de la ligne 1 500 volts sur une ligne 3 000 volts, d'où son nom de « 2 fois 1 500 V ». Le principe en a été validé au stade prototype sur un circuit test. Un premier pilote pourrait être installé en 2014 sur la ligne Toulouse-Foix.

MINES PARISTECH : Un logiciel pour concevoir les systèmes thermiques

Pour profiter de la chaleur résiduelle dissipée par les panneaux photovoltaïques en journée afin d'augmenter le rendement des pompes à chaleur, le fabricant de pompes à chaleur Ciat et le bureau d'études Cythelia ont fait appel au logiciel de simulation thermique du bâtiment Comfie, et à son propriétaire, le Centre énergétique et procédés (CEP) de Mines ParisTech. La simulation élaborée par ce dernier a pris en compte les aspects dynamiques liés notamment aux cycles de marche/arrêt de la pompe à chaleur et a simulé aussi bien l'utilisation d'un ballon de stockage de chaleur qu'un ballon d'eau chaude sanitaire. Il a été également possible de fixer un objectif atteignable en termes de gain de performance sur la pompe à chaleur. Des mesures sur un banc de tests, puis en situation réelle sur une maison à énergie positive près de Chambéry (Savoie), ont permis de valider la cible de 20 % de réduction des besoins en chauffage sur un an. Les partenaires industriels ont depuis breveté le module innovant. Selon Alain Guiavarch, ancien coordinateur du projet au sein du CEP, celui-ci est déjà commercialisable. Il repose en effet sur des composants du marché. « La solution représentant un surinvestissement par rapport à une pompe à chaleur classique. Il faut donc un certain dimensionnement pour que l'économie d'énergie soit intéressante », précise le chercheur. Pour lui, la technologie devrait d'abord s'imposer dans le secteur du bâtiment tertiaire.

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