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Stockage solide de l’hydrogène – Un nouveau départ

1- Quels ont été les premiers travaux de recherche sur le stockage solide de l’hydrogène ?

Interview de Daniel Fruchart, ancien directeur de recherche à l’Institut Néel (CNRS, Grenoble)

La recherche a démarré dans les années 1970, au moment du premier choc pétrolier. Cet événement a lancé les discussions sur les énergies alternatives, en particulier l’hydrogène. L’hydrogène est utilisable sous trois formes : liquide, à basse température, gazeuse, sous pression, et la forme qui nous intéresse ici, solide, sous forme d’hydrures métalliques. Cette dernière s’obtient grâce à une réaction chimique entre l’hydrogène et certains métaux. Au milieu des années 1980, le magnésium a été envisagé. Cependant, sous sa forme pure, sa réactivité est très lente, il a donc été oublié. À la fin des années 1990, plusieurs laboratoires dans le monde (France, Canada, Japon) ont réalisé que l’on pouvait améliorer la réactivité du magnésium grâce à des additifs, en petites quantités (4 % massique). Commence alors la recherche du meilleur additif.

2- Comment s’est déroulé le passage à l’échelle industrielle ? 1’36

Interviews de Daniel Fruchart, ancien directeur de recherche à l’Institut Néel (CNRS, Grenoble) et de Michel Jehan, co-fondateur de McPhy et fondateur de Jomi Leman

Le magnésium absorbe 7,6 % théorique d’hydrogène : c’est le meilleur de tous les matériaux accessibles. Pour lancer une étude fondamentale en laboratoire, il faut pouvoir stocker et déstocker l’hydrogène en grande quantité, ce qui demande d’avoir facilement accès à une grande quantité de magnésium. Un partenariat est donc mis en place avec un producteur de poudre de magnésium à Romans-sur-Isère, Michel Jehan. Le magnésium produit est en effet extrêmement fin, de meilleure qualité et disponible en plus grande quantité que celui produit au laboratoire.

Les premiers développements ont eu lieu au sein de MCP Technologies, l’ancienne société de production de poudre ultrafines et granulats de magnésium de M. Jehan. Avec Daniel Fruchart, il fonde ensuite la société McPhy pour utiliser les poudres fines (produites à raison de quelques dizaines de tonnes par an) dans le domaine du stockage solide de l’hydrogène.

La production d’hydrures a été arrêtée au départ à la retraite de M. Jehan. McPhy s’est alors lancée dans la production d’électrolyseurs et s’est développée. Le stockage solide n’était pas encore mûr pour les applications, en particulier dans les stations-service.
Aujourd’hui, la production sur site va devenir indispensable : on ne peut pas transporter massivement de l’hydrogène par camion-citerne. L’idée développée par M. Jehan est de produire de l’hydrogène vert en utilisant de l’électricité dans la station-service, de le stocker sous forme solide, sans danger, et de recomprimer directement l’hydrogène pour charger les réservoirs de voitures ou de camions.

3- Aujourd’hui, où en est le développement de ce type de stockage ? 2’55

Interviews de Michel Jehan, co-fondateur de McPhy et fondateur de Jomi Leman et de Patricia de Rango, directrice de recherche à l’Institut Néel (CNRS, Grenoble)

À son départ à la retraite, M. Jehan avait monté une petite société de conseil dans le domaine de la métallurgie du magnésium, Jomi Leman, avec de nombreuses applications industrielles pour la fabrication du magnésium lui-même. Des Canadiens, intéressés par le stockage solide de l’hydrogène, ont approché M. Jehan. Ils ont ensuite injecté des fonds et racheté des parts de la société de conseil pour relancer l’activité sur le stockage solide. Ils ont également racheté le matériel de McPhy et l’ont remis en état pour redémarrer prochainement l’activité.

Ces travaux sont lauréats du prestigieux Prix de l’inventeur européen 2023 (catégorie recherche) attribué par l’Office européen des brevets à Patricia de Rango, Daniel Fruchart, Albin Chaise, Michel Jehan et Nataliya Skryabina. Les brevets pour lesquels ils ont été récompensés datent de 2005 à 2010 : à l’époque, l’intérêt du stockage solide n’était pas évident. Désormais, on cherche des solutions de stockage à grande échelle et dans des conditions de sécurité renforcées : le stockage solide a son rôle à jouer.

4- Cette thématique fait-elle l’objet de nouveaux programmes de recherche ? 5’48

Interview de Patricia de Rango, directrice de recherche à l’Institut Néel (CNRS, Grenoble)

Actuellement, de nombreux programmes de recherche sur le stockage solide de l’hydrogène redémarrent, avec la Fédération de recherche Hydrogène par exemple, ou des programmes et équipement prioritaires de recherche, accompagnés par de nouveaux financements. Il est question de développer de nouveaux matériaux avec une plus grande capacité d’absorption et en particulier à température ambiante.

Pour aller plus loin :

Stockage solide de l’hydrogène – Le principe

1/ Comment se déroule la réaction d’absorption de l’hydrogène par le magnésium ?

Elle se produit quand on place une poudre de magnésium sous pression d’hydrogène. Au cours de cette réaction, il y a d’abord dissociation de la molécule d’hydrogène, puis diffusion des atomes d’hydrogène dans le métal pour former un nouveau composé, MgH2. Cette réaction est gouvernée par un équilibre thermodynamique dépendant de la pression et de la température. Pour l’absorption, la pression d’hydrogène doit être de 5 à 10 bar minimum. Pour la désorption, pour rester au-dessus de la pression atmosphérique, en raison de la grande stabilité de MgH2, il faut une température minimum de 280 °C.

2/ Quels ont été les travaux conduits par votre laboratoire ? 0’58

Il y a eu deux principaux axes de travail.

Le premier est l’optimisation des matériaux, en particulier des cinétiques d’absorption. Un morceau de métal solide n’absorbera en effet pas d’hydrogène, ou alors extrêmement lentement. Il a donc fallu développer une microstructure nanostructurée, en broyant la poudre de magnésium, pour descendre à des tailles de grain de quelques dizaines de nanomètres. Des additifs tels que le titane, le vanadium et le chrome sont ensuite ajoutés pour jouer un rôle de catalyseur et favoriser la dissociation de la molécule d’hydrogène.

Le second axe est le développement de réservoirs. Philippe Marty a utilisé la modélisation numérique pour comprendre le comportement thermique et fluidique du réservoir. Une fois les cotes de calcul validées par la modélisation, des réservoirs optimisés et de grande capacité ont été développés en laboratoire, pouvant contenir jusqu’à 1 kg d’hydrogène.

3/ À quelles difficultés avez-vous été confrontée ? 2’27

Il y a deux problèmes. Le premier, c’est que la poudre de magnésium, une fois broyée, devient pyrophorique, c’est-à-dire qu’elle s’enflamme spontanément au contact de l’oxygène, et donc de l’air. Le second concerne l’enthalpie de réaction. La réaction d’absorption de l’hydrogène dégage de la chaleur, la désorption nécessite un apport de chaleur. Cela suppose une gestion thermique importante. Dès qu’on applique une pression d’hydrogène, le réservoir monte en température et la réaction atteint un équilibre thermodynamique entre le métal et son hydrure : elle ralentit. Pour maintenir la vitesse de réaction, il faut extraire rapidement la chaleur du réservoir lors de l’absorption, ou à l’inverse apporter rapidement de la chaleur pour la désorption. L’efficacité des échanges thermiques gouverne les temps de chargement et de déchargement des réservoirs.

4/ Pourquoi avez-vous créé un composite contenant du graphite ? 3’16

Les échanges thermiques dépendent des échanges convectifs, on utilise donc un liquide caloporteur, en général une huile synthétique. Ils dépendent aussi de la conductivité thermique de l’hydrure de magnésium. On a donc utilisé du graphite, très bon conducteur de chaleur, pour améliorer cette dernière. En incorporant du graphite dans la poudre d’hydrure de magnésium, puis en la compactant sous forme de galette, la conductivité thermique est multipliée par 30 par rapport à la poudre libre. La bonne surprise, c’est que les feuillets de graphite protègent également la poudre des échanges avec l’air, évitant que la poudre s’enflamme au contact de l’air et simplifiant sa manipulation.

Pour aller plus loin :

Hydrogène : quels impacts sur les émissions de CO2

1/ Quelle réduction des émissions de CO2 peut-on atteindre en utilisant de l’hydrogène décarboné ?

L’hydrogène est un vecteur énergétique, il faut donc le produire. Il est important de le rappeler pour aborder son impact sur le réchauffement climatique. On le produit actuellement à partir d’énergies fossiles (reformage de méthane), mais aussi d’énergies renouvelables. Pour ces dernières, la méthode qui a le vent en poupe est l’électrolyse, c’est-à-dire le craquage d’une molécule d’eau grâce à l’électricité (nucléaire ou renouvelable pour l’hydrogène bas carbone). Il existe aussi des méthodes d’utilisation de la biomasse, comme la thermolyse de la biomasse ou le craquage du biométhane.

Les impacts seront visibles sur le secteur industriel, lors du remplacement de l’hydrogène produit à partir de méthane par de l’hydrogène bas carbone. Il y a en effet un gain de CO2 de 75 % entre les deux méthodes (par kilogramme d’hydrogène produit). Dans le secteur de la sidérurgie, responsable de 7 % des émissions mondiales de CO2, il est envisageable de remplacer le charbon par de l’hydrogène à horizon 2030-2040, ce qui réduirait les émissions de ce secteur de la moitié ou des trois quarts, en fonction des choix technologiques.

Dans la mobilité, on compare les émissions à celles des véhicules diesel. Pour une même distance parcourue, on émet 5 fois moins de CO2 en utilisant l’hydrogène bas carbone ou renouvelable. Cela est dû au fait qu’on ne rejette que de l’eau à l’échappement. Même en utilisant de l’hydrogène « gris », fossile, on a un gain de CO2 d’environ 20 %.

2/ L’hydrogène issu de la biomasse a-t-il un bilan CO2 négatif ? 2:58

L’hydrogène est partout, notamment dans la biomasse. Dans les filières biomasse, comme le bois, ou le biogaz, de production d’hydrogène, il est possible d’avoir des bilans négatifs en CO2, selon les procédés de transformation utilisés. C’est encore peu mature mais intéressant pour des applications futures, notamment les puits de carbone industriels.

3/ La molécule d’hydrogène elle-même a-t-elle un pouvoir réchauffant dans l’atmosphère ? 3:36

Il y a eu des polémiques récentes à ce sujet. Il y a en effet des fuites dans toute la chaîne de production et de distribution de l’hydrogène, qui provoquent des rejets dans l’atmosphère. Le problème vient du fait que l’hydrogène atmosphérique a un impact sur la durée de vie du méthane dans l’atmosphère. Le méthane a un pouvoir d’effet de serre important, contrebalancé par sa dégradation assez rapide dans l’atmosphère. L’hydrogène prolonge la durée de vie du méthane atmosphérique et a donc un impact indirect sur le réchauffement climatique. On ne sait pas encore le quantifier scientifiquement, la recherche est très active sur ce sujet.

Hydrogène : quels usages ?

1/ Quelles sont les grandes applications actuelles de l’hydrogène ?

Il faut différencier deux types d’usages de l’hydrogène. Le premier, l’« hydrogène matière », est l’usage historique. Il utilise les propriétés physico-chimiques de l’hydrogène pour produire des engrais, ou pour raffiner le pétrole par exemple. Le second, l’« hydrogène énergie », plus nouveau, regroupe différents moyens d’utiliser l’hydrogène tels que la combustion directe, les piles à combustible (une réaction électrochimique où l’hydrogène est recombiné avec de l’oxygène pour obtenir de l’eau et de l’électricité), ou les moteurs à combustion interne pour la mobilité.

2/ Quels acteurs économiques en sont les principaux utilisateurs ? 1:13

Aujourd’hui, le principal usage de l’hydrogène est industriel. On l’utilise surtout pour le raffinage du pétrole, mais aussi pour la fabrication des engrais ou le traitement thermique.

Actuellement, l’hydrogène utilisé est produit à 95 % à partir de méthane ou d’autres énergies d’origine fossile. À court terme, le principal enjeu est de changer la méthode de production de cet hydrogène, en la ramplaçant notamment par de l’électrolyse utilisant des énergies renouvelables, avec pour objectif une décarbonation complète de l’hydrogène industriel du secteur. C’est d’ailleurs l’enjeu principal des politiques publiques.

En ce qui concerne la mobilité, l’idée est de développer de nouvelles applications. Cela concerne surtout les poids lourds, les trains, les bateaux (bien que les trains et les bateaux soient plutôt à long terme, à horizon 2030). Il existe déjà une offre de voitures légères, de bus, de bennes à ordures ménagères ; les poids lourds arriveront en 2024-2025.

Plus il y aura besoin d’autonomie et de puissance, plus l’usage de l’hydrogène aura du sens par rapport à celui de la batterie. Il est intéressant de souligner la complémentarité des technologies, notamment dans la mobilité, entre la batterie, pour des usages courte distance permettant de recharger régulièrement, et des usages intensifs comme les taxis, la logistique, les chariots élévateurs, où l’hydrogène sera nécessaire pour tenir les performances opérationnelles.

3/ D’ici 2030, quels nouveaux usages sont envisagés ? 2:57

À l’horizon 2030, il y aura des changements plutôt radicaux dans l’usage de l’hydrogène, en particulier dans l’industrie. Les nouveaux usages industriels vont concerner notamment la sidérurgie, où l’hydrogène pourrait remplacer une partie du charbon utilisé. Cela permettrait de diminuer drastiquement les émissions mondiales de CO2 : la part de cette industrie s’élève actuellement à 7 %. C’est un véritable « game changer » dans le secteur de la consommation hydrogène industrielle.

Les applications concernant la mobilité seront de très forte puissance comme le bateau ou le train, mais concerneront également la voiture individuelle. En effet, même si la voiture individuelle est déjà disponible sur le marché, il n’y a pas de cas d’usage ayant suffisamment d’intérêt pour entraîner une adoption massive (éventuellement les taxis). 2030 devrait être le point d’inflexion pour un usage plus massif de la voiture hydrogène, grâce notamment aux baisses de prix de ces véhicules.

Un autre usage devrait se développer, moins directement visible, pour les foyers : l’injection d’hydrogène dans le réseau de gaz. Il est intéressant de souligner que dans les années 1950, il était déjà possible d’avoir de l’hydrogène et du monoxyde de carbone, ce qu’on appelait « gaz de ville », pour alimenter les foyers. L’injection d’hydrogène dans le réseau de gaz s’expérimente actuellement dans différents projets en France et devrait se massifier après 2030-2040, quand la conjoncture technique et économique permettra de mieux gérer les problématiques d’injection ; l’application deviendra alors un peu plus rentable.

Il existe d’autres usages, plus marginaux aujourd’hui, qui ne semblent pas prévus pour devenir significatifs. Il s’agit par exemple d’usage de l’hydrogène pour de la cogénération en résidentiel et en stationnaire, pour produire de la chaleur et de l’électricité dans les immeubles ou les foyers.

Hydrogène : quel bilan environnemental ?

1/ Quels sont les bénéfices d’un véhicule à hydrogène sur la qualité de l’air ?

Commençons par le fonctionnement de la pile à combustible. L’hydrogène va réagir avec l’oxygène extrait de l’air pour produire de l’eau, de la chaleur et de l’électricité. Il n’y a pas d’émission de polluants (particules fines, oxydes d’azote). C’est une technologie « zéro émissions ». L’utilisation de ces véhicules en remplacement de véhicules diesel représente donc une diminution d’émission de polluants.

Il est intéressant de souligner que la pile à combustible est très sensible aux polluants atmosphériques. Il y a donc des filtres très sévères en amont de la pile, à travers lesquels l’air capté pour l’alimentation en oxygène de la pile va passer et être purifié. Comme les polluants de l’air capté ne sont pas rejetés à l’échappement, il y a purification de l’air ambiant.

2/ Quel est le bilan de la production d’hydrogène sur la ressource en eau ? 1:27

Pour les questions de ressources en eau, on s’intéresse à l’électrolyse. Celle-ci a pour intrants l’électricité et l’eau. Il faut environ 15 à 20 litres d’eau par kilogramme d’hydrogène produit.

La consommation d’un bus à hydrogène est d’environ 20 kg H2/jour, ce qui donne 300 litres d’eau pour faire rouler un bus une journée, soit la consommation moyenne quotidienne de 2 personnes. Cela peut paraître faible, mais il faut faire attention aux territoires de production de l’hydrogène, dans les cas de tension ou de stress hydrique.

Il ne faut pas non plus oublier que la pile à combustible rejette de l’eau à l’échappement, donc contribue au cycle de l’eau global.

3/ La filière hydrogène a-t-elle recourt à des métaux rares ? 2:42

La filière hydrogène est en effet concernée par la problématique des métaux rares. La pile à combustible nécessite beaucoup de platine, environ 6 fois plus que pour un pot catalytique.

On sait recycler le platine mais il faut d’abord l’extraire, avec des conséquences environnementales, et gérer l’approvisionnement, avec des conséquences politiques.

4/ Le rendement énergétique global de l’hydrogène est-il suffisant ? 3:18

On rappelle que l’hydrogène est un vecteur énergétique, qui nécessite une énergie primaire pour sa production. Cette énergie primaire va avoir un impact, que ce soit de la biomasse ou de l’électricité via l’énergie éolienne, photovoltaïque ou nucléaire. Il faut comparer différentes chaînes de rendement, notamment dans les périodes de tension sur la ressource énergétique. Le rendement de l’hydrogène n’est pas extraordinaire, il est de 70 % à la production et de 50 % à l’utilisation dans la pile à combustible. Dans l’ensemble de la chaîne, cela représente donc 30 % de rendement.
Il existe cependant des cas d’application de la pile à combustible, très spécifiques, qui sont intéressants, notamment en raison de sa charge rapide et sa grande autonomie. La batterie ne peut en effet pas répondre à tous les besoins, malgré son rendement supérieur.

La chaîne de rendement peut encore être améliorée dans la partie production, pour atteindre des rendements de 90 %.

Hydrogène : quels coûts ?

1/ En termes de coût, comment se situe l’hydrogène énergie par rapport au diesel ?

Dans la mobilité, l’équation économique est aujourd’hui à l’avantage du diesel.

À la pompe, dans les projets développés actuellement, le carburant coûte entre 10 et 15 €/kg H2. Pour être compétitif, il faudrait atteindre 8 à 9 €/kg H2, si on considère uniquement le prix du carburant. En ajoutant la valeur du véhicule, et donc pour que le consommateur réalise des économies et rentabilise l’achat de son véhicule, le prix du carburant doit atteindre 5 à 6 €/kg H2.

Il y a encore un gué à franchir, qui semble possible grâce à l’industrialisation de la filière hydrogène et à la montée du prix des carburants fossiles, un phénomène conjoncturel à ne pas négliger. C’est donc une équation dynamique.

2/ Pour les usages industriels, l’hydrogène bas carbone est-il compétitif face à l’hydrogène carboné ? 1:24

Dans l’industrie, l’équation économique est encore difficile à résoudre. Le moyen de production est différent. L’hydrogène « gris » provient du méthane, qui était plutôt bon marché avant la crise du gaz. Il était alors entre 2 et 3 €/kg. En électrolyse, le prix « avant crise » est autour de 6-7 €/kg dans les projets performants. La différence doit être comblée par des progrès dans l’industrialisation de l’hydrogène et par une taxation du CO2 (soit une plus grande pression sur l’usage d’énergies fossiles). Avec la conjoncture actuelle de crise énergétique et l’inflation, le prix du gaz augmente mais celui de l’électricité aussi. Les deux coûts de production de l’hydrogène augmentent, mais pas de la même manière ; c’est à l’avantage de l’hydrogène bas carbone.

Hydrogène : quels enjeux ?

1/ Pourquoi le contexte actuel est-il favorable au développement de l’hydrogène

Il y a déjà eu de l’enthousiasme autour de l’hydrogène, notamment dans les années 2000, porté par les constructeurs automobiles.

Aujourd’hui, le contexte et le référentiel changent. On a affaire à une double contrainte carbone : raréfaction des énergies fossiles d’une part, et impact climatique d’autre part. Cela touche désormais de nombreux secteurs autres que l’automobile. Il y a donc un engouement pour l’hydrogène de la part des acteurs publics, ainsi que des industriels énergéticiens et gaziers. De plus, les crises environnementales locales (comme la qualité de l’air, entraînant la création de zones à faibles émissions) ajoutent des contraintes pour les acteurs du transport et de la mobilité, les poussant aussi vers l’hydrogène.

 

2/ Un cadre mondial est-il en place pour permettre ce développement ? 1:07

La dynamique mondiale est intéressante. Les États font actuellement la course à la « feuille de route hydrogène », à qui mettra le plus de budget. En parallèle, la dynamique industrielle propose des regroupements d’intérêt des gros acteurs industriels (Air Liquide, Hyundai, Toyota, etc.), sur toute la chaîne de valeur, à l’image de l’association Hydrogen Council. Ces regroupements réalisent des études, qui montrent notamment qu’à l’horizon 2050, un peu moins de 20 % de l’énergie finale consommée au quotidien (sous forme de mobilité, d’énergie) le sera sous forme d’hydrogène.
L’Agence internationale de l’énergie, orientée vers les énergies fossiles et nucléaire au départ, a bien compris l’enjeu de l’hydrogène et son lien avec les énergies renouvelables. Dans son récent rapport, consacré en partie à l’hydrogène, elle affiche la nécessité de l’intégrer au mix mondial dans le développement des énergies renouvelables.

3/ Aujourd’hui, comment est fabriqué l’hydrogène et pour quels marchés ? 2:34

Aujourd’hui, malgré les dynamiques en cours, l’hydrogène est avant tout utilisé dans l’industrie (pétrochimique, engrais, traitements thermiques), et son usage n’est pas encore répandu dans les mobilités (moins de 1% de la consommation).

L’hydrogène à usage industriel est encore aujourd’hui produit à partir de méthane et de charbon. 90 % de l’hydrogène consommé est donc issu de sources fossiles. L’électrolyse (production à partir d’eau et d’électricité provenant de sources renouvelables ou bas carbone) ne représente que quelques pourcents dans le mix de production de l’hydrogène.

4/ Quels sont les enjeux de son développement ? 3:47

Le plus gros enjeu est de massifier la production d’hydrogène renouvelable à usage industriel. La production actuelle d’hydrogène représente en effet 2 à 3 % des émissions de CO2 à échelle mondiale. Il y a donc un véritable enjeu de décarbonation de cette production, pour aller de l’hydrogène gris vers un hydrogène « vert » (bas carbone et renouvelable). En parallèle, l’autre enjeu va être de développer de nouvelles mobilités, de se passer du pétrole pour aller vers des modèles hydrogène. Cette transition sera plus échelonnée, à horizon 2030.

Article témoin : Énergie

Crise énergétique et géopolitique, impact environnemental, réglementation…, notre monde est soumis à de multiples enjeux qui l’obligent à revoir la disponibilité des ressources énergétiques et leur utilisation. L’industrie, pour sa part, est par ailleurs confrontée au double défi d’assurer sa croissance tout en préservant l’environnement. Dans ce contexte, il est indispensable d’être en mesure d’imaginer et développer des sources d’énergie propre et durable, capables de participer à la décarbonation de l’économie sans nuire à la compétitivité des entreprises.

L’hydrogène apparaît aujourd’hui comme une ressource susceptible de relever ces défis, à condition que sa production et ses usages soient respectueux de l’environnement. Il est déjà possible de produire de l’hydrogène de manière vertueuse. Cependant, son stockage et, consécutivement, son transport sont compliqués par la nature même de ce gaz qui nécessite des conditions précises de température et de pression. L’hydrogène étant très inflammable, voire explosif sous certaines conditions, son stockage en toute sécurité constitue donc un autre enjeu.

Pour résumer, pour une utilisation pratique, sûre et respectueuse de l’environnement, il convient de développer des méthodes de stockage performantes, fiables et peu coûteuses.

Le stockage sous forme solide dans des hydrures métalliques constitue, pour sa part, une piste très prometteuse en la matière. Parmi ces matériaux, une nouvelle classe d’alliages affiche des performances très intéressantes : les alliages multi-élémentaires, autrement appelés « à haute entropie ». Les possibilités de composition de ces alliages étant nombreuses, il conviendra de déterminer lesquelles devront être privilégiées au regard de leurs possibles capacités, de leurs propriétés ou encore de leur stabilité.

Vous avez envie d’en savoir sur ces nouveaux alliages et leurs performances ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir gratuitement toute la richesse des bases documentaires en vous proposant le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Découvrez ainsi le thème Énergie avec l’article témoin : « Nouveaux matériaux pour le stockage de l’hydrogène – Alliages métalliques multi-élémentaires hydrurables » de Claudia Zlotea, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Sciences fondamentales

Plusieurs techniques et technologies ont contribué à l’essor des dispositifs et systèmes térahertz, dont les applications se retrouvent désormais dans les domaines tels que l’optoélectronique, ou encore les composants électroniques ou nanométriques.

Les possibilités qu’offrent ces dispositifs sont si variées que les térahertz sont en effet utilisés dans de nombreux secteurs.

Le monde de l’instrumentation scientifique constitue, à ce titre, leur marché le plus important. En effet, le large champ de fréquence des térahertz permet de paramétrer et qualifier très précisément une majorité de matériaux, sous quelque état qu’ils soient.

C’est ensuite dans le domaine de la sécurité et le secteur militaire que sont menées une grande partie des recherches relative aux térahertz, particulièrement pour ce qui concerne l’imagerie utilisée en matière d’inspection des personnes ou d’objets.

La même imagerie térahertz est d’ailleurs également appelée à être toujours plus utilisée en matière de contrôles, notamment dans les industries. Les térahertz permettront en effet de détecter très précisément les défauts d’un produit, un atout indéniable pour les services de qualité. Ces techniques sont d’ores et déjà indispensables au monde du patrimoine lors de l’examen d’œuvres.

D’autres secteurs font ou feront évidemment appel aux dispositifs et systèmes térahertz. C’est le cas en médecine et particulièrement en biologie, puisqu’ils permettent de caractériser certaines propriétés d’une matière sans nécessiter d’outils invasifs. La spécificité spectrale des ondes térahertz se révèle, quant à elle, une source d’informations supplémentaires qui vient compléter les techniques utilisées dans le secteur de l’environnement. Enfin, l’importance croissante des communications dans nos modes de vie croisera de manière exponentielle les systèmes et dispositifs térahertz.

Le champ d’application des technologies térahertz semble vaste et les recherches en la matière sont loin d’avoir été toutes menées. C’est donc un univers passionnant qui s’ouvre sur ce sujet.

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Découvrez ainsi le thème « Sciences fondamentales » avec l’article témoin : « Ondes électromagnétiques térahertz – Applications » de Frédéric GARET et Jean-Louis COUTAZ.

Article témoin : Environnement – Sécurité

Composés inorganiques souvent indispensables à la vie en tant qu’oligoéléments, les ions métalliques et les métalloïdes sont naturellement présents dans l’eau. À ce stade, leur présence n’a en général que peu d’impact sur l’environnement ou la santé. En revanche, ils peuvent devenir bien plus dangereux dès lors qu’ils s’accumulent de manière importante dans les eaux de surface, du fait de rejets massifs et à de fortes concentrations. Ils se retrouvent alors, parfois à des doses toxiques, voire létales, dans les eaux à potabiliser, les eaux usées domestiques et industrielles ainsi que dans les eaux de ruissellement. Cette concentration étant susceptible de modifier la qualité des sols, de l’eau, de l’air et, par ricochet, d’affecter considérablement la santé – humaine ou animale –, la flore et la faune, leur élimination est indispensable pour préserver l’environnement.

De nombreuses réglementations nationales ou internationales tentent déjà d’imposer un meilleur contrôle des teneurs en métaux et métalloïdes dans les rejets d’eaux usées, mais aussi dans les eaux destinées à l’alimentation humaine. Cependant, les procédés de traitement permettant d’atteindre la qualité attendue doivent encore progresser en termes d’efficacité.

De plus, la multiplicité et la diversité de ces traitements n’utilisent pas les mêmes principes ni ne fonctionnent pour l’ensemble des ions métalliques et des métalloïdes. Par ailleurs, la variabilité de la nature de la pollution interviendra également dans le choix du traitement. Il convient donc de choisir celui qui offrira la meilleure réponse selon les caractéristiques du produit, de sa concentration et de sa source, du milieu récepteur, mais aussi de l’impact du traitement et de son coût, ou encore de sa facilité à être mis en œuvre.

Enfin, les ions métalliques et les métalloïdes peuvent avoir une valeur importante du fait de leur utilisation grandissante dans l’industrie. Dans une logique d’économie circulaire, il devient indispensable de se pencher sur leur récupération et leur recyclage.

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Venez explorer le thème Environnement – sécurité avec l’article témoin « Élimination des ions métalliques et des métalloïdes dans l’eau » d’Yves Andrès, Catherine Faur-Brasquet, Claire Gérente et Pierre Le Cloirec.

Article témoin : Génie industriel

L’avènement d’Internet a profondément bouleversé les modes de vie et de consommation, obligeant les entreprises à s’adapter aux nouveaux usages offerts aux consommateurs. C’est le cas notamment du secteur de la distribution qui se doit d’être omnicanale pour mieux répondre aux demandes des clients. Il lui a donc fallu modifier considérablement l’ensemble de ses processus de fonctionnement, de la proposition du produit jusqu’à sa remise au consommateur final.

Un produit peut en effet désormais être proposé en magasin, mais aussi sur un catalogue papier ou en ligne, parfois à l’aide d’outils de réalité augmentée. La prise de commande passe également par différents canaux, majoritairement en magasin ou à distance via un ordinateur ou une application mobile. Le consommateur, pour sa part, souhaitera réceptionner son produit en magasin, point relais, consigne, au travail ou chez lui, parfois le jour même.

La vente en ligne a par ailleurs engendré une explosion des retours de produits, obligeant la distribution omnicanale à mettre en place des synergies logistiques afin d’être en capacité de gérer les flux de retour. Enfin, le marché de la seconde main étant en pleine expansion, la distribution doit désormais l’intégrer dans ses stratégies marketing et logistiques.

Impossible, dès lors, pour les distributeurs, d’élaborer une politique commerciale sans tenir compte de la multiplication des canaux de distribution et de leur complexité.

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L’article témoin « Logistique de la distribution omnicanale » d’Aurélien Rouquet aborde ainsi l’ensemble des processus indispensables au secteur de la distribution d’aujourd’hui.

Article témoin : Procédés chimie – bio – agro

Science de l’écoulement des fluides, la microfluidique englobe plus largement, les techniques et objets nécessaires à leur manipulation. Ce vocable rassemble donc également les systèmes microfluidiques, dont fait partie la production de microparticules de polymères anisotropes élaborées à partir de ce processus.

Ces microparticules anisotropes semblent notamment présenter un grand intérêt en raison des avantages qu’elles apportent, comparées aux microparticules monodomaines et sphériques. Ainsi, parce qu’ils permettent de les produire en continu, les systèmes microfluidiques constituent des outils adaptés à l’élaboration de microparticules anisotropes. Enfin, ces processus facilitent grandement la modulation et le contrôle de la taille, de la composition et de la forme des microparticules anisotropes. Conséquemment, les particules non sphériques sont intéressantes pour l’élaboration de matériaux dont la réponse à un stimulus est dépendante de sa géométrie.

De plus, elles présentent des propriétés spécifiques, tant électriques, magnétiques, optiques qu’hydrodynamiques. Par ailleurs, elles sont susceptibles de présenter une propension à l’autoassemblage susceptible de lui conférer de nouvelles propriétés.

L’ensemble de ces processus sont ainsi utilisés par exemple pour l’encapsulation et la protection de principes actifs, protéines ou cellules, ainsi que dans les techniques de séparation par chromatographie.

Ces propriétés ont donc des intérêts indéniables. Les microparticules polymères anisotropes élaborées par voie microfluidique peuvent ainsi être utiles dans une longue liste d’applications, telles que la libération de principes actifs, les capteurs, la purification de l’eau, mais aussi l’affichage digital, les matériaux de structure…

Toutefois, jusque-là, la préparation conventionnelle de particules anisotropes nécessitait des procédés très particuliers, souvent discontinus et compliqués, peu efficaces en termes de reproductibilité. Cependant, de récents progrès obtenus réalisés en microfluidique ont permis la synthèse de particules de polymères monodisperses, anisotropes en forme, composition ou fonctionnalités. Une recherche approfondie reste toutefois nécessaire pour comprendre les mécanismes interfaciaux et les instabilités de flux parfois observés lors de l’élaboration de ces microparticules de polymère anisotropes.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Découvrez ainsi le thème Procédés – chimie agro bio à travers l’article témoin « Production de microparticules de polymères anisotropes par voie microfluidique » de Wasif Razzaq, Christophe Serra et Delphine Chan-Seng, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Matériaux

Les résines époxy représentent une large partie du marché des polymères thermodurcissables. Leur succès est notamment dû à leur excellente résistance à la fois au cisaillement, aux produits chimiques et à la corrosion. Cependant, leur formulation est de plus en plus critiquée. En effet, ces résines sont élaborées à partir de composants considérés comme dangereux – à l’instar du BPA, un perturbateur endocrinien souvent décrié pour ses effets sur la santé – et/ou issus de la pétrochimie.

La réglementation – tout autant que la pression sociétale – tendant de plus en plus à interdire l’usage de ces substances, les industriels sont contraints de les substituer par des produits conformes aux exigences réglementaires, mais également respectueux de l’environnement.

Les substituts biosourcés aromatiques sont une des pistes étudiées par l’industrie chimique. Si leur caractère moins nocif pour la santé et l’environnement est un premier pas vers une composition plus acceptable, les caractéristiques de ces substituts peuvent diminuer ou modifier la réactivité de la formulation ainsi que les propriétés finales des matériaux.

La recherche d’alternatives efficaces et surtout moins nocives est donc l’un des grands défis qui se posent au monde de la chimie. Des pistes prometteuses font actuellement l’objet d’études scientifiques. Le pari sera relevé si elles sont en mesure de démontrer l’innocuité, mais aussi les performances de ces nouveaux produits et de leurs mélanges.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires en vous proposant le téléchargement gratuit d’un dossier témoin. À travers la thématique Matériaux, l’article témoin « Résines époxy biosourcées » de Sylvain Caillol laisse notamment entrevoir certaines des perspectives et avancées sur lesquelles se penche l’industrie chimique.

Article témoin : Construction

Le monde de la construction connaît de nombreux bouleversements, imposés ou choisis, consécutifs aux défis auxquels il est confronté.

Durant le siècle précédent, l’urgence était en effet de répondre aux besoins de services publics et d’un habitat décent, parfois au mépris de l’environnement de l’architecture, voire de l’environnement tout simplement. C’est ainsi qu’ont fleuri les barres d’immeubles, les logements et bâtiments similaires d’un bout à l’autre de la France. Pour des raisons économiques et d’efficacité, le béton et la standardisation des éléments composant un bâtiment sont devenus la norme. Désormais, ce mode de production n’est plus adapté.

Au niveau environnemental, tout d’abord, la construction utilise plus de la moitié des ressources de la planète et génère le flux de déchets le plus important au monde. Ensuite, la pénibilité inhérente aux différents corps de métier est de moins en moins acceptée et le manque de main-d’œuvre qualifiée devient criant. Enfin, les réglementations et les normes évoluant, la construction doit s’adapter afin de s’intégrer dans une économie dite circulaire. En conséquence, les matériaux et méthodes utilisés se doivent d’être plus écologiques, vertueux et efficaces.

Au niveau économique, la préfabrication avait déjà permis de réduire les coûts en standardisant les éléments composant un bâtiment. La construction hors-site, parce qu’elle s’appuie sur des outils numériques, permet d’améliorer l’efficacité de ce processus, tant au plan qualitatif qu’architectural, écologique et économique. Elle intervient à tous les niveaux, de la conception à la fabrication, en passant par la technologie, la logistique et l’assemblage.

L’association BIM (maquette numérique) et DfMA (conception pour la production et l’assemblage), alliée à la construction hors-site, est donc un gage d’amélioration en termes de qualité, rapidité, économie, conditions de travail, tout en permettant la diminution des nuisances et l’impact environnemental. La construction hors-site devient donc plus efficace à tous les niveaux.

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Découvrez ainsi le thème Droit et organisation générale de la construction avec l’article témoin : « La construction hors-site : un nouveau paradigme dans l’acte de construire » d’Emna Attouri, Karim Beddiar et Pascal Chazal en téléchargement gratuit.

Article témoin : Électronique photonique

Parce qu’elles peuvent avoir des conséquences importantes, les vagues scélérates optiques sont l’objet d’études destinées à mieux les connaître et s’en prémunir.

À l’instar de leur équivalent océanique, dont l’examen est complexe, les vagues scélérates optiques sont imprévisibles et, par nature, difficilement appréhendables. Cependant, même si les unes et les autres sont rares, leur impact peut se révéler désastreux. Il est donc important de comprendre les mécanismes de formation et de propagation des ondes afin de protéger les systèmes et infrastructures, lesquels ne sont pas toujours dimensionnés pour les supporter. En effet, leur résistance aux variations d’intensité est globalement envisagée suivant des principes standards excluant les événements extrêmes.

De nombreuses équivalences comportementales sont observées dans la manière dont se propagent les ondes à la surface de l’océan et les impulsions lumineuses dans des fibres optiques. Les mécanismes physiques intervenant lors des deux phénomènes sont en effet comparables. On y retrouve notamment la focalisation, la superposition d’ondes, l’amplification du bruit, des instabilités… Cette adéquation est un atout en termes de prédiction et de contrôle des paramètres conduisant à l’occurrence de l’événement.

En conséquence, la fibre optique se révèle un support adapté à l’étude en laboratoire d’événements dits scélérats, et particulièrement à l’observation des processus induisant leur formation. L’étude de ces événements extrêmes fait cependant intervenir différentes sciences, notamment celles des mathématiques, des statistiques, de l’hydrodynamique, de la physique, de la photonique, de l’optique…

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Envie d’en savoir plus sur le sujet des événements extrêmes ? Venez explorer le thème Électronique – Photonique avec l’article témoin « Vagues scélérates optiques – Étude des événements extrêmes en photonique » de Benjamin Wetzel et Thomas Godin en téléchargement gratuit.

Article témoin : Mesures – Analyses

L’eau est un bien vital, tant pour les êtres vivants que pour les entreprises. L’approvisionnement en une eau de qualité est donc essentiel. Pourtant, des menaces pèsent sur sa disponibilité.

Ces menaces sont de deux ordres, qu’il convient de distinguer. La première notion relève de la sécurité. Elle est liée, d’une part au manque de ressources, par exemple dans le cas de sécheresse, d’autre part aux contaminations chimiques ou accidentelles.

Cette notion doit être distinguée de celle de sûreté, laquelle concerne les atteintes à l’intégrité de l’eau par des actes terroristes ou bioterroristes, des sabotages et vandalismes.

Garantir la sécurité et la sûreté de l’eau est donc un défi commun qui s’impose aux pouvoirs publics et à tous les opérateurs chargés de sa gestion.

Le plan de management de la sûreté de l’eau est ainsi conçu pour permettre l’élaboration de stratégies visant à protéger l’ensemble de la chaîne de distribution en eau potable, afin de se prémunir contre toutes les formes d’attaques. Il s’adresse à l’ensemble des opérateurs du secteur de l’eau, quelle que soit leur importance. Il constitue de fait un outil dynamique destiné à accroître la résilience du secteur de l’eau.

Ce plan prévoit la planification préalable d’une évaluation des risques, existants ou potentiels. À partir de cette analyse, il sera ainsi possible d’améliorer la probabilité de survenues d’événements hostiles et, consécutivement, de réduire le temps d’exposition à un danger tout autant qu’à ses impacts. La réponse apportée en cas d’urgence sera alors plus efficace. Enfin, le plan de management de la sûreté de l’eau inclut un plan de rétablissement de l’approvisionnement en eau potable dans des délais rapides.

Vous souhaitez en savoir sur le plan de management de la sûreté de l’eau ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Vous pourrez notamment explorer le thème Mesures – Analyses à travers l’article témoin « Plan de management de sûreté de l’eau – Vers une infrastructure d’eau potable plus résiliente » de Montserrat Batlle-Ribas, Thomas Bernard, Eyal Brill, Maria Rosario Coelho, Maria Fátima Coimbra, Jochen Deuerlein, Peter Gattinesi, Philipp Hohenblum, Pierre Pieronne, Jordi Raich, Luís Simas, Rui Teixeira, Rita Ugarelli, Andreas Weingartner, Monica Cardarilli et Georgios Giannopoulos, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Technologies de l’information et de la communication

Né à la suite de la crise financière mondiale de 2007, le bitcoin est un système monétaire de transaction électronique élaboré pour répondre au manque de confiance dans les intermédiaires financiers. Issu de la technologie blockchain, il constitue une cryptomonnaie s’appuyant sur un processus de validation des transactions entre pairs.

Cependant, le bitcoin n’est pas la seule technologie rendue possible par les blockchains, dont le potentiel est immense.

Le fonctionnement des blockchains est en effet innovant, parce qu’adossé à un bien numérique non reproductible, transféré de pair-à-pair et dont l’identification empêche toute double dépense. Les cryptomonnaies sont des secteurs fortement concernés par ces technologies, certes, mais une blockchain peut également appuyer un système de stockage de données, s’inscrire dans la réalisation de tests et évaluations en entreprise… Ethereum, une blockchain basée sur le smart contract, a notamment pour ambition de favoriser de nombreux développements dans d’autres secteurs que la finance.

Le point commun à ces différents processus ? Leur sécurisation par la cryptographie s’appuie sur la confiance entre les utilisateurs et ne nécessite plus de passer par un intermédiaire parfois défaillant.

Les blockchains sont donc appelées à se développer de manière exponentielle à l’avenir. Cependant, leur croissance pourrait être freinée par la vitesse de traitement des transactions, la scalabilité, la gouvernance et la confidentialité, tout autant que par la consommation importante d’électricité et de ressources informatiques qu’elles nécessitent. Des limites et défauts qu’il faudra savoir vaincre pour permettre davantage l’essor des technologies blockchain.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Vous pourrez notamment explorer le thème « Technologies de l’information » avec l’article témoin « Blockchain – principes, Bitcoin et Ethereum – La chaîne de blocs de valeurs » de Laurence Lecoeur et Jean-François Gervais, en téléchargement gratuit.

Article témoin : biomédical et pharmaceutique

Repousser les signes de l’âge, mincir, être moins stressé, bien dormir ou tout simplement aller mieux… Les compléments alimentaires sont porteurs de promesses et leur marché s’accroît en permanence. Ce marché est d’ailleurs si concurrentiel que pour se démarquer les unes des autres, les entreprises du secteur doivent démontrer leur capacité à proposer le produit le plus adapté.

Avant même sa mise sur le marché, un complément alimentaire s’élabore donc autour de différents piliers incontournables mêlant nouveauté, science, développement, évaluation des risques et qualité. Pour être compétitive, une entreprise devra maîtriser chacun de ces fondamentaux.

Si l’innovation est le premier défi que l’entreprise conceptrice devra relever, le second, et non des moindres, est celui de la qualité du complément alimentaire. Au sens de la loi, il est simplement conçu pour fournir un apport nutritionnel à l’organisme. Cependant, son concepteur ne pourrait se contenter d’allégations quant à l’efficacité du produit, celle-ci devant être avérée pour qu’il soit conforme, tant aux yeux des consommateurs qu’en termes légaux. De plus, le fabricant n’est pas exempt de certaines obligations. Ainsi, à la différence d’un médicament, un complément alimentaire ne peut revendiquer aucun effet thérapeutique s’il n’a pas été confirmé par des tests ou des études.

Pour résumer, avant d’envisager la mise sur le marché de son complément alimentaire, le concepteur devra veiller à la qualité et à l’innocuité du produit, mais également au respect de la réglementation, dans un contexte flou d’où il conviendra de distinguer le préventif du curatif. Enfin, la commercialisation du complément alimentaire devra faire l’objet d’un véritable suivi, tant d’un point de vue marketing que de sécurité pour le consommateur.

Envie d’en savoir plus ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Venez explorer le thème Médicaments et produits pharmaceutiques avec l’article témoin « Étapes de développement d’un complément alimentaire innovant, efficace et conforme » de Mathieu Bouarfa en téléchargement gratuit.

Article témoin : Mécanique

Connaître les origines des bruits et vibrations dans l’habitacle d’un véhicule permet de mieux les appréhender afin de les éliminer, ou au moins les diminuer autant que possible. Cette analyse passe nécessairement par une modélisation des processus entraînant ces nuisances, ainsi que par la mesure de celles-ci.

Avant tout, il convient de déterminer la source des phénomènes vibro-acoustiques constatés. Ceux-ci peuvent être liés aux transmissions latérales, elles-mêmes dépendantes de la nature de leur rôle, lequel est direct, mixte ou bien indirect. Ainsi, les bruits et vibrations perçus pourront provenir respectivement de la transmission même, de la transmission et d’une autre source (le moteur par exemple), ou bien avoir une tout autre origine (telle que le bourdonnement).

C’est à partir de ces différentes recherches que pourront ensuite être proposées des solutions susceptibles d’améliorer le confort dans l’habitacle. Là aussi, ces solutions peuvent être de plusieurs ordres et, dans tous les cas, dépendent de l’origine des nuisances.

Par exemple, le batteur de transmission est un système apparenté à un absorbeur de vibrations. Son principe est simple et consiste à casser une résonnance tout en diminuant les grondements.

D’autres solutions existent, telles que la diminution de la raideur des transmissions, l’ajout d’un mode de flexion entre elles, le choix d’un amortissement adapté.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

L’exploration du thème Mécanique, avec l’article témoin « Transmissions dans l’automobile – Contribution aux bruits et vibrations dans l’habitacle des véhicules » d’Elian Baron et Shanjin Wang, en téléchargement gratuit, vous permettra notamment d’en savoir plus sur l’origine de ces phénomènes vibro-acoustiques et les solutions permettant leur diminution.

Article témoin : Eco-Industries

Les rejets urbains de temps de pluie, qui rassemblent l’ensemble des eaux rejetées par les installations d’épuration, les déversoirs d’orage et les exutoires pluviaux contiennent de nombreux polluants. Les origines de ces derniers sont multiples.

Ces rejets sont issus de la pollution atmosphérique, ou encore du lessivage des dépôts de temps sec et des retombées sèches accumulés sur les bassins versants, mais aussi de l’érosion des matériaux urbains et de la remise en suspension des polluants présents dans les réseaux d’assainissement. Dans tous les cas, leurs impacts sur les milieux aquatiques superficiels ou souterrains ne doivent pas être ignorés. Ils peuvent en effet être à l’origine de modification des rivières et de mortalités piscicoles. Des effets toxiques chroniques peuvent notamment contribuer à une hyper-eutrophisation des milieux et engendrer d’importants risques sanitaires résultant d’une contribution des milieux.

Il est donc primordial de déterminer des actions curatives et préventives adaptées et efficaces permettant de lutter contre les pollutions des rejets.

La difficulté réside dans les caractéristiques différentes de ces polluants, certains se retrouvant à l’état particulaires quand d’autres sont présents en phase dissoute. Si, pour les premiers, des traitements par décantation ou filtrants existent d’ores et déjà, la réduction de ces polluants à la source semble la seule solution réellement efficace pour les seconds.

Dans tous les cas, la lutte contre la pollution induite doit se faire en considérant l’ensemble des rejets, quelle que soit leur origine, ainsi que la durée complète de la pollution, mais surtout en maîtrisant les impacts de ces rejets qu’il conviendra d’éviter autant que possible plutôt que de devoir les combattre.

Vous êtes directement concerné par les métiers de l’eau et de la pollution ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Vous pourrez ainsi explorer le thème « Eco-industries » avec l’article témoin « Pollution des rejets urbains de temps de pluie » de Bernard Chocat, Jean-Luc Bertrand-Krajewski et Sylvie Barraud, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Aérospatial

Le secteur du transport, notamment l’aéronautique, contribue de manière importante à l’augmentation des gaz carboniques et par conséquent au réchauffement climatique. Afin de réduire son empreinte carbone, le monde de l’aérien cherche aujourd’hui à privilégier l’utilisation de carburants verts ou tout au moins décarbonés.

L’une des pistes prometteuses est celle de l’hydrogène, qui constituera probablement une source majeure d’énergie pour le véhicule du futur, à condition de s’appuyer sur des procédés de production verts et renouvelables. L’ensemble des systèmes aéronautiques, qu’ils soient aériens ou au sol, sont susceptibles de bénéficier de ce nouveau carburant, en remplacement de ceux issus des énergies fossiles.

De nombreuses recherches permettent notamment d’envisager une ressource hydrogène respectueuse de l’environnement et surtout renouvelable. Ainsi, la pyrogazéification de la biomasse et des biodéchets est une technologie s’insérant dans un processus d’économie circulaire favorable à la limitation des impacts carbone.

D’autres technologies disponibles permettent d’aboutir à la production d’hydrogène vert. Elles sont elles-mêmes l’objet d’importants points d’intérêt. Les procédés utilisés, tels que la co-électrolyse de l’eau, le reformage du biogaz, offrent désormais un formidable potentiel, confirmé par une dynamique internationale qui devrait contribuer à l’essor d’innovations techniques pour le futur.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Si vous souhaitez en savoir davantage sur ces technologies prometteuses, venez explorer le thème « Aérospatial » avec l’article témoin « L’hydrogène vert en aéronautique – Production » de Ange Nzihou, María Gonzalez-Martinez, Doan Pham-Minh, Lina María Romero-Millan et Yves Gourinat, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Ingénierie des transports

Indissociable de l’évolution (ou de la révolution) de nos modes de vie, le MaaS, pour Mobility as a Service, fait désormais partie de notre quotidien. La mobilité s’est en effet imposée dans la majorité de nos usages, au point qu’elle est considérée comme un service indispensable dans de nombreux secteurs.

Cette expansion a notamment été facilitée par l’irruption des géants du web, dont les projets et services novateurs complètent, et même dépassent parfois, ceux proposés par les opérateurs historiques, voire les territoires. C’est le cas par exemple de la billetique, dont l’usage est largement répandu dans les transports en commun.

C’est ainsi que, progressivement, grâce à la dématérialisation, de nombreux services deviennent accessibles via un simple smartphone. Ces outils intègrent des fonctions adaptées aux utilisateurs, en agrégeant des services existants dont ils facilitent l’usage.

Le MaaS, à travers ses initiateurs et l’intermodalité qu’il offre, est porteur de promesses de gains de temps, d’argent, d’accessibilité ou encore de praticité. Ces objectifs, s’ils doivent être clairement définis dès le départ pour en permettre l’atteinte, sont cependant parfois confrontés à des difficultés, s’agissant par exemple de l’accès au numérique ou de la complexité de la gouvernance nécessaire à la conduite des projets. Par ailleurs, pour être viable, un service doit intégrer une notion de rentabilité à la nature d’autant plus variable que les opérateurs peuvent être privés ou publics.

La mobilité est partout ; la simplification des fonctions est une réalité et les technologies sont matures. Reste à définir précisément les stratégies efficaces qui permettront d’offrir le service attendu tout en tenant compte d’impératifs forcément aussi différents que le sont les projets, dans un contexte que le RGPD tente de contrôler.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir gratuitement toute la richesse des bases documentaires en vous proposant le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Découvrez le thème Ingénierie des transports avec l’article témoin : « Mobility as a Service : de la promesse à la réalité » de Julien de Labaca en téléchargement gratuit.

Article témoin : Innovation

Le véhicule autonome et connecté, qu’il soit collectif ou individuel, est le fruit de nombreux travaux menés sur les systèmes d’aides à la conduite, les télécommunications et la conduite partiellement automatisée. Outre les nouveaux comportements que ce véhicule induit – non seulement chez ceux qui l’utilisent, mais également pour l’ensemble de la population –, son arrivée marque une rupture dans les pratiques de mobilité. De fait, le véhicule autonome s’inscrit dans un nouvel univers incluant des modes doux de déplacements, de plus en plus prégnants dans notre société, et qui se doivent de cohabiter en toute sécurité dans nos environnements, urbains ou ruraux.

De nouveaux défis, inédits tant d’un point de vue technologique qu’humain, s’imposent donc aux chercheurs. Le véhicule autonome et connecté suscite en effet un intérêt sans cesse croissant chez les constructeurs et équipementiers qui rivalisent d’ingéniosité afin de proposer des services toujours plus sûrs dans un contexte de crise énergétique fort.

De manière sous-jacente, de nouveaux modèles économiques se mettent en place. En effet, les acteurs du secteur automobile ne pourraient envisager un véhicule autonome et connecté sans alliances avec le monde de l’électronique communicante. Radars, lidar, caméras, vidéo, GPS et autres équipements sont ainsi des éléments indissociables d’une conduite autonome.

C’est à ce prix que l’industrie automobile sera en mesure de proposer un véhicule offrant un niveau d’autonomie suffisant, dans un environnement sécurisé et respectueux de l’environnement, avec des modèles économiques viables et répondant aux nouvelles pratiques de mobilités.

L’univers du véhicule autonome et connecté vous passionne ? Venez en découvrir les multiples défis et opportunités grâce au téléchargement gratuit de l’article témoin « Véhicule autonome et connecté – Technologies, enjeux et déploiement » de Jacques Ehrlich. À travers le thème Innovation, c’est toute la richesse des bases documentaires les éditions Techniques de l’Ingénieur qui s’offre à vous.

Article témoin : Plasturgie

L’association de différents polymères est un procédé courant dans de nombreux secteurs, notamment celui de l’emballage alimentaire. L’objectif est d’aboutir à un assemblage disposant des qualités de chacun des polymères utilisés, telles que des propriétés barrières, une résistance aux chocs et aux rayures, un bel aspect esthétique.

Toutefois, les contraintes liées à l’association des polymères sont complexes, les caractéristiques et propriétés de ces matériaux variant de l’un à l’autre.

La première de ces contraintes est de parvenir à l’adhésion des différents matériaux entre eux. Les couches composant le produit fini doivent en effet se caractériser par leur épaisseur homogène.

La seconde contrainte tient à la qualité de cette même adhésion, qui se doit d’être optimale et d’éviter toute instabilité entre les différentes couches.

Enfin, une autre contrainte est celle de l’environnement, notamment la séparation des polymères entre eux en vue du recyclage des produits en fin de vie.

La coextrusion, qui consiste à faire s’écouler ces différents polymères au sein d’un même outillage, doit tenir compte des contraintes évoquées. Il est donc nécessaire de modéliser les processus mis en œuvre lors de l’opération, afin de déterminer le comportement des matériaux assemblés. Cette modélisation permettra d’examiner avec précision les paramètres obtenus selon les procédés de coextrusion choisis.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires. Elles vous proposent ainsi d’aller plus loin dans l’exploration du thème Plasturgie, à travers l’article « Modélisation des écoulements de coextrusion » d’Yves Demay, Jean-François Agassant, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Automobile

Crise énergétique, géopolitique, contexte économique, réchauffement climatique… le monde des transports doit se réinventer. En la matière, les constructeurs mondiaux de véhicules investissent massivement dans des programmes de développement des piles à combustible et des véhicules qui en sont équipés. Ce secteur affiche ainsi la plus forte croissance en volumes de commercialisation, qu’il s’agisse de véhicules légers, de poids lourds, de bus ou même de trains.

Par ses qualités, l’hydrogène apparaît comme le combustible le plus adéquat pour l’utilisation de ces piles, à condition qu’il soit « vert ». Cependant, si ses atouts sont indéniables, ses inconvénients ne peuvent être simplement écartés. Ainsi, la production, la distribution et le stockage de l’hydrogène en toute sécurité sont des enjeux forts, au même titre que la recyclabilité et la fin de vie du véhicule.

En termes de rendement et d’efficacité, la pile à combustible nécessite par exemple d’être associée à des auxiliaires qui, à leur tour, ont besoin d’énergie pour fonctionner. De plus, la puissance du moteur est déterminée par la taille de la pile à combustible produisant son énergie.

Un véhicule hydrogène nécessite en outre des équipements spécifiques, à l’instar d’un réservoir suffisant pour alimenter le véhicule en énergie, spécifiquement adapté à ce combustible bien plus explosif que les carburants fossiles. Consécutivement, le stationnement d’un véhicule hydrogène, particulièrement dans des lieux confinés, doit faire l’objet d’études approfondies.

Enfin, le recyclage du véhicule et de ses équipements doit être envisagé dès la conception.

La recherche de technologies compatibles avec l’ensemble de ces enjeux est dès lors un prérequis au succès de la mobilité hydrogène.

Vous avez envie d’en savoir plus sur ce sujet d’avenir ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Vous pourrez notamment explorer le thème Automobile, avec l’article témoin « Piles à combustible appliquées à la mobilité électrique – La mobilité hydrogène » de Joseph Beretta, en téléchargement gratuit.

Article témoin : Agroalimentaire

Dans un contexte économique parfois compliqué et alors que le réchauffement climatique et les scandales alimentaires nourrissent les préoccupations de nombreux concitoyens, le bon fonctionnement de la filière agroalimentaire dépend d’acteurs multiples, au demeurant pas toujours français puisqu’ils peuvent être situés dans l’Europe et même le monde entier.

Les premiers sont bien évidemment les producteurs et les agriculteurs, suivis de près par les industriels agroalimentaires. S’insèrent après eux d’autres acteurs économiques, tels que les distributeurs, les courtiers et les transporteurs, l’ensemble étant chapeauté par les pouvoirs publics.

Tous interviennent en un équilibre que le caractère périssable des produits alimentaires, mais aussi d’autres aléas imprévisibles peuvent fragiliser : une augmentation des prix de l’énergie, une catastrophe climatique, un incendie sont autant d’événements susceptibles de diminuer la disponibilité des produits – ou à l’inverse de la rendre trop importante – et de déstabiliser l’ensemble de la chaîne agroalimentaire.

Les intérêts de ces acteurs étant différents, parfois même opposés, la Food Supply chain voit parfois se développer en son sein des pratiques commerciales douteuses, qui risquent d’aggraver l’équilibre déjà bien précaire de la répartition de valeurs, chacun renvoyant sur un autre la responsabilité de la situation, à tort ou à raison.

Les conséquences de tels dysfonctionnements ne sont pas uniquement économiques, mais peuvent être également politiques et sociales puisque le consommateur final est le dernier de la chaîne et que l’alimentation est vitale.

Au regard de ces nombreux enjeux, les pouvoirs publics tentent d’assainir et réguler l’ensemble de la Supply Chain. C’est ainsi que des clauses abusives sont régulièrement dénoncées. Le caractère international de la chaîne peut cependant être une nouvelle source d’abus et, à tout le moins, de pratiques inégales, voire déloyales.

Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires. Vous pourrez notamment explorer le thème Agroalimentaire avec l’article témoin « Pratiques commerciales déloyales au sein de la Food Supply Chain », de Nicolas Volpi, en téléchargement gratuit.

Article Témoin : Automatique Robotique

Tout système de production nécessite un pilotage permettant son efficience. Dans un contexte marqué par des aléas susceptibles de bouleverser l’économie mondiale – pandémie, crise énergétique, géopolitique, réchauffement climatique –, la mise en place d’une conduite de systèmes de production durables est cruciale.

Les défis sont en effet nombreux, mais également très disparates : économiques et innovants d’une part (notamment au regard des attentes de l’industrie du futur), solidaires et environnementaux d’autre part. Pour les relever, il importe de connaître les enjeux à venir, parfois antinomiques, et de définir avec précision plusieurs notions elles-mêmes parfois contradictoires afin de mieux les appréhender.

L’une de ces notions est celle de la durabilité. En effet, toute entreprise se doit, aujourd’hui, de placer les valeurs humaines et environnementales au cœur de son fonctionnement. Cependant, elle doit également s’assurer un système de production rentable et pérenne afin de garantir son maintien et son développement. La seconde notion tient donc à la survie économique de l’entreprise.

Le pilotage doit ainsi permettre de concilier ces notions. Il ne s’agira pas de s’intéresser uniquement à l’objectif visé lors du choix de système de production, mais bien de faire évoluer et adapter le processus de fonctionnement. Le pilotage devra, dès lors, intégrer les différentes variables susceptibles d’impacter ce système durant son exploitation, telles que les nouvelles technologies, les moyens humains, les éventuelles erreurs ou encore la qualité de production.

Outil d’aide à la décision, le pilotage combine la nécessaire coopération entre l’être humain (décisionnaire final) et des technologies toujours plus innovantes, permettant de relever l’ensemble des défis et enjeux qui se présentent, de la conception d’un produit jusqu’à son élimination.

Envie d’en savoir plus ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Venez explorer le thème Automatique et ingénierie système avec l’article témoin « Conduite des systèmes de production durables » d’Olivier Sénéchal et Damien Trentesaux.

Article témoin : Equipements industiels

Les contraintes imposées à un concepteur lors de l’élaboration d’un produit sont nombreuses et complexes. En effet, ce produit devra d’abord répondre aux exigences demandées par le client, mais aussi tenir compte des éventuelles règles et normes inhérentes à l’élément fini. Le concepteur devra ensuite s’assurer de la disponibilité de ce qui composera le produit, ainsi que des moyens de production. Enfin, il devra garder à l’esprit la rentabilité de son activité.

Dans un environnement industriel très concurrentiel, l’objectif est donc de concevoir un produit tout en veillant à la réduction des coûts et des délais et en offrant ou améliorant la qualité. L’élaboration d’un cahier des charges précisant les fonctions et contraintes propres au produit est donc indispensable.

Pour tous ces points et afin d’évaluer les performances d’un produit sans avoir à le créer immédiatement, le concepteur peut s’appuyer sur la modélisation de l’élément. Ce modèle virtuel lui permettra notamment de préciser le comportement physique qu’il peut en attendre. La simulation numérique est donc un atout important en conception, particulièrement déployée à travers la méthode des éléments finis.

Cette méthode a prouvé son efficacité pour résoudre des problèmes simples ou très complexes. Elle est, de plus, déclinée dans de nombreux domaines industriels et pour d’aussi nombreux processus.

L’intérêt de la conception assistée par ordinateur est donc bien réel, la limite à son utilisation étant la nécessité qu’elle soit menée par des experts en mesure d’imaginer des solutions tenant compte des besoins formulés par le client. En effet, la simulation permet d’analyser ces solutions, et non de les produire.

 

Envie d’en savoir plus ? Les éditions Techniques de l’Ingénieur vous invitent à découvrir toute la richesse des bases documentaires et vous proposent le téléchargement gratuit d’un dossier témoin.

Le thème « Equipements industriels » avec l’article témoin « Apports des éléments finis à la conception mécanique » de de Franck Pourroy, en téléchargement gratuit, intéressera particulièrement les concepteurs, à tous les stades de la création.

Article témoin : Plastiques et composites

L’intégration des composites à matrice organique dans des structures confrontées à des environnements agressifs demeure difficile à cause des problèmes de durabilité qui peuvent se manifester au cours de la vie de ces pièces. Leur vieillissement correspond à une évolution souvent irréversible des propriétés du matériau et son étude nécessite la mise en place d’approches multi-physiques et multi-échelles, à la fois expérimentales et théoriques, tout en soulevant des questions scientifiques, outre que technologiques, de grande complexité.

Découvrez l’article « Vieillissement de matériaux composites à matrice organique » de Marco GIGLIOTTI, Jean-Claude GRANDIDIER et Marie Christine LAFARIE-FRENOT en téléchargement gratuit.