Présentation

Le CPER MANIFEST est porté par Mathieu Morcrette, Directeur de recherche et Directeur du Laboratoire et Réactivité et Chimie des Solides (LRCS, UPJV). MANIFEST est copiloté par le Professeur Sébastien Saitzek à l’UArtois et par le Professeur Abdelylah Daoudi à l’ULCO. Dans le cadre de ce projet, Lucie Quehon, une ingénieure de recherche a été recrutée au LRCS pour la partie gestion et coordination du projet.

L’un des principaux enjeux de notre société actuelle est d’essayer de ralentir le réchauffement climatique. D’après le 6^ème rapport du GIEC, paru le 20 Mars 2023, les émissions de CO₂ sont en nettes augmentation. Or, l’objectif d’ici 2050 est d’atteindre le zéro émission. Afin d’atteindre cet objectif, il est nécessaire de mettre à profit la production d’énergies décarbonées. Pour ce faire, la diminution des moyens d’émission de CO₂ est inévitable. Ceci signifie 1) diminuer notre consommation d’énergie fossile et en particulier celle produite par les transports, mais aussi dans le secteur tertiaire et résidentiel, 2) trouver des moyens alternatifs de production et de stockage de l’énergie par le développement de systèmes de production d’énergie renouvelables tels que le photovoltaïque ou l’éolien (qui sont par nature intermittents), mais également par le développement de système de stockage électrochimique (batteries, conversion électrolytique, …) ou encore thermique (matériaux à changement de phase, sol, nappe d’eau, …). C’est dans ce contexte, que le projet MANIFEST portant sur le stockage et la conversion de l’énergie ainsi que sa gestion, son intégration et sa sécurité s’inscrit.

MANIFEST est porté par l’Université de Picardie Jules Verne (UPJV), l’Université d’Artois (UArtois) et l’Université du Littoral Côte d’Opale (ULCO) qui sont regroupées dans l’alliance A2U mais aussi en partenariat avec le CNRS et l’INERIS. Plus spécifiquement, MANIFEST a pour rôle de structurer 9 laboratoires de recherche dont le LRCS, le LAMFA, le LG2A, l’UCCS (site Artois), le LPMC, l’UDSMM, le LTI, le MIS, le LGCgE et la plateforme STEEVE qui réalise les tests de sécurité des batteries à l’INERIS. Cette dynamique enclenchée autour de MANIFEST se prolonge dans le cadre des travaux de groupe « Energie » de l’alliance A2U en y associant d’autres laboratoires comme l’UCEIV, le LSEE et EPROAD.

Objectifs du projet

Les objectifs globaux du projet MANIFEST sont les suivants :

• Proposer des technologies de stockage et de conversion de l’énergie performantes et durables ;
• Augmenter les performances énergétiques de ces systèmes de stockage et de conversion (capacité de stocker plus d’énergie, plus longtemps, avec des pertes réduites, rendement de conversion, …) ;
• Minimiser l’impact environnemental des technologies mobilisées (en réduisant – voire en s’affranchissant – des éléments critiques, les quantités de matériaux requis, les volumes et surfaces mobilisés, en favorisant le recyclage etc.) ;
• Optimiser le modèle économique associé à chaque technologie et, de facto, favoriser leur démocratisation et leur essor sur le marché (limiter les coûts à l’investissement, atteindre une maturité facilitant l’industrialisation des processus, présenter des coûts de fonctionnement compétitifs etc.).

Au-delà de ces objectifs scientifiques et technologiques, il s’agit d’accroître la visibilité des laboratoires académiques impliqués dans le projet au service de l’écosystème régional en prise avec les transformations profondes et rapides liées à la transition énergétique et écologique.

Thématiques du projet

Le projet Manifest se décline en 2 thématiques : Matériaux avancés et, Modélisation multi-échelles et Optimisation – Intégration

Matériaux Avancés

Dans cette thématique, il s’agira dans un premier temps de comprendre et d’optimiser les matériaux existant pour le stockage électrochimique de l’énergie tout en se positionnant sur les nouvelles technologies de demain (Li/S, Na-ion, tout solide). Mais aussi d’optimiser les dispositifs photovoltaïques de type cellules à colorant ou pérovskites pour lesquelles nous avons une grande expertise que ce soit au niveau du rendement que du vieillissement via la maîtrise des interfaces.
D’autres objectifs peuvent également être cités dans cette thématique comme optimiser les propriétés de stockage et les performances thermiques de matériaux innovants pour les bâtiments, ou encore d’optimiser les propriétés thermiques de matériaux pour la conversion de l’énergie thermique en énergie électrique (matériaux thermo pyroélectriques, thermoélectriques, électrocaloriques). Enfin, d’étudier des matériaux piézoélectriques pour la récupération d’énergie et les applications portables innovantes, notamment pour les capteurs intelligents autonomes en énergie.

Modélisation multi-échelles / Optimisation – Intégration

Dans cette seconde thématique, nos objectifs s’articulent autour de 3 axes. Le premier est centré sur l’émergence de l’intelligence artificielle, les outils de simulation et de gestion d’informations (big data) mais aussi le développement de capteurs dynamiques et connectés pour aider les ingénieurs et centres de R&D à concevoir des systèmes performants tout en prédisant leur comportement.
Dans un second temps, l’utilisation de l’approche systémique pour développer des stratégies intelligentes de contrôle/commande, de diagnostic/pronostic, de gestion et d’optimisation des flux énergétiques sera étudiée. Celle-ci sera utilisée d’une part, dans les tractions hybride et électrique du futur pour des véhicules propres et sûrs de fonctionnement et d’autres part, dans les bâtiments à énergie positive.
Dans le domaine du véhicule, l’objectif est de se doter de moyens expérimentaux pour reproduire le comportement dynamique de véhicules hybrides ou électriques sur différents profils de routes. Ceci entrainera alors le développement d’approches pluridisciplinaires permettant d’améliorer les performances des véhicules non seulement en termes d’autonomie et de sobriété (faible consommation de carburant et émission de polluants), mais également en termes de sécurité et de confort des passagers.
Dans le domaine du bâtiment, il sera question du smart building, du smart grid, des réseaux de puissance, de convertisseurs de puissance mono et multicellulaires avec leurs systèmes de commande, des systèmes de contrôle des batteries (BMS), des systèmes de conversion photovoltaïques et éoliens, de capteurs intelligents et de systèmes de gestion optimisée pour mieux prédire et réguler les pointes de consommation (performance du bâti et des équipements techniques, besoins des utilisateurs, climat, …) et enfin d’assurer le suivi du profil de consommation en favorisant les énergies propres tout en prenant en compte les contraintes de sécurité et du recyclage (éco-conception).
Enfin, le dernier axe de cette thématique sera d’intégrer les risques des systèmes énergétiques dès leur conception. En d’autres termes, depuis les matériaux des systèmes, puis des cellules jusqu’à l’usage final grâce à des moyens d’essais flexibles, adaptables et suffisamment instrumentées pour étudier les comportements de nouvelles technologies. A titre d’exemple, pour les architectures de batteries, il s’agira de fournir des données cruciales pour le développement de modèles de simulation d’emballement thermique. Les études sur la stabilité thermique des batteries et de ses composants, la caractérisation des émissions d’espèces toxiques ou polluants issus du comportement anormal ou accidentel de stockages électrochimiques fixes ou mobiles (batterie, conversion en hydrogène et son stockage) seront ainsi couvertes.

Ainsi, à partir de ces deux thématiques, six axes de recherche (4 principaux et 2 transversaux) ont pu être identifiés par le CPER MANIFEST et l’alliance A2U :