11/10/2018

Ces ingénieurs contre le réchauffement climatique !

Relever les défis du réchauffement climatique demande aux citoyens de repenser leurs modes de vie, aux politiques de donner l’exemple et d’aiguiller par la loi, et aux entreprises de modifier leurs process industriels. Mais pour une énergie, des bâtiments ou des transports moins émetteurs de gaz réchauffants, le changement comportemental doit pouvoir s’appuyer sur de nouveaux outils et de nouvelles technologies pensés et développés par les ingénieurs du monde entier.

Limiter le réchauffement climatique d’un côté et s’adapter à ses conséquences inévitables de l’autre demande un changement de modèle de production et de consommation à l’échelle du globe. Les habitudes changent donc. Surtout, elles s’appuient et s’appuieront sur les innovations pensées aujourd’hui et demain, à l’instar des énergies renouvelables, des bâtiments durables ou des modes de transport décarbonés.

Les grands évènements mondiaux qu’ont été les COP21 et COP22 et la récente initiative Make Our Planet Great Again lancée par le Président français Emmanuel Macron, ont caractérisé les immenses défis posés par le climat et la nécessité de trouver rapidement des solutions concrètes, efficaces et économiquement viables pour envisager le futur sereinement.

Dans ce contexte, les ingénieurs sont appelés à innover sur tous les fronts. Bien loin des ébats médiatiques, en laboratoire ou sur le terrain, ils sont le fer de lance scientifique, technique et même économique et social de la transition écologique en cours.

Dans des grands groupes, des start-up ou au sein d’institutions publiques, ils créent, à côté des politiques, les conditions du changement.

En France, recherche de pointe et savoir-faire d’excellence en matière d’énergie décarbonée

C’est particulièrement le cas dans le secteur de l’énergie. Pour augmenter de 50% la capacité installée des énergies renouvelables d’ici 2023 et porter leur part à plus de 30% de la consommation énergétique finale en 2030, ambitions de la loi de transition française, les ingénieurs relèvent chaque jour des défis liés à l’intermittence de l’éolien ou du solaire, à la production décentralisée, au développement des smart-grids et à l’équilibre entre production et consommation. Ils doivent intégrer de nouvelles exigences en matière d’écoconception ou recyclage, et, de plus en plus, maîtriser les outils digitaux (programmation, gestion des données et technologies embarquées).

À ces égards, les acteurs français sont particulièrement innovants et apportent leur expertise au-delà des frontières hexagonales. La troisième tranche de la future plus grande centrale solaire au monde a ainsi été confiée à EDF Énergies Nouvelles, laquelle avait fait la preuve de son savoir-faire en matière de dimensionnement de ses installations aux États-Unis, au Brésil ou en Israël. De son côté, Total, via sa filiale Sunpower et l’une des meilleures technologies de cellules PV, a construit la centrale photovoltaïque géante Solar Star, en Californie, qui fournit l’électricité à 255 000 foyers.

Interviewé par le magazine Capital, en août dernier, Richard Loyen, délégué général du syndicat Enerplan, estimait ainsi, à propos de l’énergie solaire, que « la création de valeur est passée du côté de l’ingénierie, c’est-à-dire de la conception et de la gestion des centrales ».

Le groupe Engie n’est pas en reste dans cette course vers l’innovation. Preuve de son ambition à participer au modèle énergétique du futur, il renonce peu à peu au charbon et au pétrole pour se recentrer sur la production du biogaz, son injection dans les réseaux et transports, et même à l’énergie solaire.

Si le groupe a déployé une stratégie R&D très poussée, il soutient aussi des start-up très innovantes comme Heliatek, productrice de films photovoltaïques nouvelle génération, ou Symbio F Cell, fabricant français de piles à combustible hydrogène, sur la base d’une technologie codéveloppée avec les laboratoires du CEA. Et que dire des innovations développées par des sociétés comme Sylfen ou McPhy Energy pour le stockage et la restitution de l’énergie verte.

Pour bâtir une solide ingénierie, la plupart de ces acteurs travaille également au déploiement des smart grids. Car l’innovation demandée par le contexte rime aussi avec optimisation. Et les réseaux intelligents vont permettre de gérer avec précision et efficacité le lien entre production et consommation, tout en favorisant l’intégration massive des énergies renouvelables.

Dans ce contexte, la recherche et le développement de l’énergie nucléaire restent solides et viennent soutenir l’intermittence des renouvelables et la production d’énergie décarbonée. Pour permettre aux États aux ressources limitées d’accéder à des infrastructures nucléaires de qualité et, peu à peu, éliminer les centrales au charbon, un consortium réunissant le CEA, AREVA, DCNS et EDF s’est constitué dès 2012 pour développer et commercialiser des SMR (Small Modular Reactor). D’une puissance inférieure à 200 MWe, ces réacteurs de 3e génération mis au point par les ingénieurs des diverses entreprises autorisent des conceptions plus compactes et modulaires, et des coûts de construction inférieurs aux réacteurs de grandes puissances.

Dans le champ du nucléaire par ailleurs, les ingénieurs engagés dans le programme ITER depuis 2007 déploient tous leurs talents pour démontrer la faisabilité de la fusion, une source d’énergie n’émettant ni CO2 ni déchets radioactifs. La lutte contre le réchauffement climatique provoque donc une réelle ébullition de créativité, de technicité et des investissements.

La mobilité zéro carbone en pleine effervescence

Ébullition qui n’échappe pas au secteur des transports, responsable de 25% des émissions de CO2 dans le monde. Même les acteurs du ferroviaire innovent, tandis que ce mode de transport en France est le plus vertueux, en dehors des mobilités douces. Alstom a ainsi réalisé une première mondiale fin 2017 en faisant rouler un train alimenté par une pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène. Une innovation qu’il destine aux rails allemands où plus de la moitié des trains circule encore au charbon.

Cependant, le transport routier est le principal axe qui mobilise les ingénieurs du secteur. La motorisation change mais pas seulement. L’innovation touche aussi aux matériaux, à l’introduction de nombreux automatismes, et dépasse le véhicule lui-même pour répondre aux problématiques de recharge ou de réseau routier du futur.

Dans cette ère tournée vers l’écomobilité, Toyota a, quelques années durant, eu un temps d’avance. Depuis le lancement de son premier véhicule électrifié, la Prius (en 1997 au Japon), Toyota a cumulé 11,47 millions de ventes de véhicule hybrides, « soit une économie de plus de 90 millions de tonnes de CO2 par rapport au même nombre de modèles conventionnels équivalents », précise le groupe. « Et nous accélèrerons la généralisation des BEV (véhicules électriques à batterie) en proposant plus de 10 modèles dans le monde entier d’ici au début des années 2020, en commençant par la Chine », a récemment annoncé le constructeur. Une stratégie qui coïncide avec l’objectif de son « défi Toyota Environmental Challenge 2050 », à savoir la réduction de la moyenne mondiale des émissions de CO2 des véhicules neufs de 90 % par rapport aux niveaux de 2010.

Et Renault et Peugeot sont bien sûr en ordre de marche. Aussi le groupe PSA prévoit-il de lancer 4 modèles 100 % électriques et 7 véhicules hybrides essence rechargeables d’ici 2021. Quant à l’Alliance Renault-Nissan, aujourd’hui leader mondial des ventes de véhicules tout électrique, elle compte bien tenir son rang. Elle a dévoilé, il y a quelques mois, son plan Drive for the Future, à l’issu duquel, en 2022, l’électrique représentera près de la moitié de son offre, avec 8 modèles électriques et 12 modèles Plug-in Hybrid.

Surtout, le constructeur français fait pencher ses ingénieurs et ses partenaires sur les enjeux centraux de l’autonomie d’un côté, et de la recharge de l’autre. D’ici 2022, sans dire comme il procèdera, il assure que ses véhicules électriques dépasseront les 600 km d’autonomie.

Dans les airs, une transformation plus discrète sans doute mais tout aussi profonde s’accomplit. Des ailes aux trains d’atterrissage en passant par les moteurs, les cabines ou le carburant des avions, tout est scruté pour diminuer l’impact carbone de l’aviation.

Airbus, par exemple, s’est récemment associé à Rolls-Royce et Siemens pour développer un démonstrateur d’avion hybride, après s’être illustré avec l’E-Fan, un avion électrique ayant réalisé deux tours du monde. Baptisé E-Fan X cette fois, le nouvel aéronef développé par Airbus et ses partenaires veut revenir à un stade moins disrupteur que le tout électrique pour, finalement, mieux pouvoir l’atteindre.

Dans ce projet hybride, Airbus sera responsable de l’intégration globale et de l’architecture du système de propulsion hybride et des batteries ; Rolls-Royce en charge du turbomoteur, du générateur et de l’électronique de puissance, et Siemens livrera les moteurs électriques et leur boîtier de commande.

Les difficultés à surmonter sont de taille. Effets thermiques, gestion de la poussée électrique, effets de l’altitude sur les systèmes électriques ou encore compatibilité électromagnétique, autant de questions auxquelles les ingénieurs et chercheurs des trois partenaires vont s’employer à répondre d’ici 2020.

L’efficacité énergétique s’impose dans le bâtiment

Mais s’il est un secteur particulièrement sensible dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique, c’est celui du bâtiment. En France, il représente ainsi plus de 40% des consommations d’énergie et près de 20% des émissions de CO2, pour la seule phase d’utilisation des bâtiments.

Résultat, tant pour les constructions neuves que pour le bâti ancien l’innovation bat son plein. Outre l’intégration de matériaux bio-sourcés très efficaces et la propagation de LED, les recherches menées depuis plusieurs dizaines d’années pour les systèmes isolants payent. Depuis peu, les aérogels de silice, isolants thermiques les plus performants, sont sortis de laboratoire et devraient être produits pour les industries.

Sans attendre, les ingénieurs des grands groupes du bâtiment ont mis au point des matériaux et des technologies qui permettent, dans l’habitat individuel ou collectif, une extrême efficacité énergétique. « Les progrès réalisés ces 40 dernières années sur les isolants, les vitrages, le solaire thermique et photovoltaïque, les solutions d’éclairages sont tels que les bâtiments neufs peuvent désormais se contenter de peu d’énergie, voire devenir contributeurs », estime Olivier Fléchon, chef du Service bâtiment et systèmes thermiques au CEA-Liten.

Chez Vinci, Eiffage, Bouygues Construction ou Schneider Electric, les ingénieurs ont aussi profité du virage digital pour concevoir des automatismes et des systèmes domotiques permettant une gestion optimisée et dynamique des bâtiments. Et ils ont tous déployés des instruments de conception du bâti sur la base de la technologie BIM (Building Information Modeling), permettant de prévoir numériquement la performance énergétique d’un immeuble.

Aussi les bâtiments passifs ou à énergie positive se déploient-ils peu à peu. À Lyon, dans le quartier de Confluence, Bouygues Construction s’est par exemple illustré avec Hikari, le premier îlot à énergie positive de France, composé de 3 bâtiments. Au total, 12 800 m², dont 7 500 m² de bureaux, 4 000 m² de logements, 1 000 m² de commerces et un parking de 88 places. L’ensemble est conçu pour consommer 1.500 MWh d’énergie non transformée, soit 50 % de moins que la réglementation thermique actuelle. Il produira sa propre énergie et sera en mesure d’en redistribuer à des infrastructures voisines.

Dans la transition énergétique et la lutte contre le réchauffement climatique, le rôle tenu par les ingénieurs s’étend et se renforce. Toutes les disciplines sont mobilisées pour concevoir ou piloter des solutions technologiques durables. Un contexte qui gage de belles opportunités et de grandes perspectives pour les ingénieurs d’aujourd’hui et de demain.

Assystem en collaboration avec Sylex - Id
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Assystem en collaboration avec Sylex - Id

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