Activites de recherche et formation doctorale

3.4 : Conclusions et perspectives

Les études que j’ai menées depuis plus de 25 ans dans le domaine du bâtiment vont de la thermique fine des composants d’enveloppe à l’étude du couplage entre les enceintes habitables et les procédés de la climatique. Tout cela est maintenant regroupé dans un domaine de recherche et développement émergent que l’on appelle : « efficacité énergétique des bâtiments ». Un Groupe d’Analyse Thématique du CNRS a même été créé en 2002 à ce sujet, et j’en fait toujours partie.

Je pensai qu’en arrivant au LGPSD, laboratoire CNRS dont la thématique principale était les solides divisés, je m’éloignerai petit à petit du domaine du bâtiment, problématique inexistante avant mon arrivée, tant en recherche qu’en enseignement.
Cependant, la pression territoriale locale sur le domaine de l’efficacité énergétique dans les bâtiments a généré un certain nombre de demandes auprès de la Direction de l’Ecole, demandes rapidement répercutées sur mon équipe, qui possède aussi des spécialistes de la caractérisation thermique des matériaux. De fil en aiguille, nous avons participé à un programme de l’ANR PREBAT, puis préparé une proposition à l’appel d’offres de la Fondation Bâtiment Energie. Notre proposition ayant été retenue, je me retrouve coordinateur d’un gros projet, que je décris rapidement ci-dessous.
Le projet BEST a pour finalité de proposer les solutions qui permettent de réaliser des Bâtiments fonctionnant principalement avec l’Energie Solaire pour le Tertiaire. Contrairement à la pratique habituelle, il s’agit de concevoir les bâtiments tertiaires autour du concept solaire et non pas d’intégrer le solaire dans un bâtiment classique. Cette approche constitue en fait le moyen d’appropriation Architecturale, Technique, Economique et Sociologique pour parvenir à des bâtiments de bureau de Haute Qualité Environnementale, dont la source principale de fonctionnement énergétique est l’utilisation de l’énergie véhiculée par le rayonnement solaire.
Le projet BEST, un peu dans la même philosophie que le projet européen SWITCH, aboutit à proposer une boîte à outil logicielle comprenant trois compartiments interconnectés.

• 
  Le compartiment de conception Architecturale et Technique (CAT),
  
• 
  Le compartiment de conception des aspects Sociologiques et Organisationnels de l’activité des occupants (CSO),
  
• 
  Le compartiment Economique relatif aux investissements et au fonctionnement (CEC).
  

La boîte à outil sera appliquée et testée sur la réalisation de deux bâtiments par un Maître d’Ouvrage Public et un Maître d’Ouvrage Privé. Une fois validée, cette boîte à outil sera accessible en ligne aux Architectes, Maîtres d’œuvre, Maîtres d’ouvrages qui pourront l’utiliser pour l’appliquer dès l’origine de leur projet. Cette diffusion permettra aussi aux Entreprises occupant les locaux d’être mobilisées sur le sujet de la protection de l’environnement dans le monde de l’activité tertiaire. Le marché visé est celui des immeubles tertiaires de bureaux neufs. Le marché n’est pas limité concernant les pays où le projet pourra être appliqué.

Le Consortium constitué pour le projet BEST réunit l’ensemble de la profession, depuis la Recherche jusqu’à la maîtrise d’ouvrage en passant par l’ingénierie technique et sociologique, les fabricants des systèmes énergétiques, la maîtrise d’œuvre…
Ce consortium pourrait être élargi à un certain nombre de partenaires européens, pour proposer un projet de plus grande ampleur dans le cadre du 7^ème PCRD.

4 : Généralisation de la méthode à l’étude des piles à combustible

Cette partie du manuscrit, volontairement très résumée, présente les diverses activités auxquelles j’ai participé depuis 1995 dans le domaine de la filière hydrogène en général, et des piles à combustibles en particulier.

Je ne donnerai ici que très peu d’informations générales sur les piles à combustibles [R34].
Une pile à combustible est un générateur qui convertit directement en énergie électrique l’énergie chimique issue de la réaction électrochimique entre :

• 
  un combustible (hydrogène, méthanol ...) et ;
  
• 
  un comburant (généralement de l’oxygène pris dans l’air) ;
  

c’est, globalement, l’électrolyse de l’eau inversée. Cette réaction produit donc de l’eau, de l’électricité et de la chaleur.
Une pile à combustible se différencie des autres piles par le fait que les réactifs sont renouvelés et les produits évacués en permanence. Chaque cellule élémentaire d’une pile à combustible comprend deux électrodes, en général poreuses :

• 
  l’anode est alimentée en combustible (hydrogène, ...) ;
  
• 
  la cathode est alimentée en comburant (oxygène, ...).
  

Les électrodes sont séparées par un électrolyte dont le rôle est de permettre la migration des ions de l’une à l’autre, sous l’effet du champ électrique créé.

Les piles à combustible sont classées selon la nature de l’électrolyte et la température de fonctionnement. J’ai essentiellement travaillé sur les piles fonctionnant à basse température, notamment les piles à électrolyte polymère solide, dites PEMFC pour Proton Exchange Membrane Fuel Cell, fonctionnant dès l’ambiante.
Leurs avantages sont donc des temps de démarrage quasiment instantanés et compatibles avec des applications automobiles (pour les PEM) ; de plus, elles mettent en oeuvre des technologies moins délicates. Par contre, elles nécessitent une alimentation en combustible très riche en hydrogène (le plus pur possible) et sont sensibles à l’empoisonnement, notamment par le CO et le CO2.

4.1 : Le contexte de départ

Dés 1992, le Centre d’Energétique de l’Ecole des Mines de Paris, dans son établissement de Sophia Antipolis, a commencé des recherches dans le domaine des piles à combustibles, recherches arrêtés en France depuis près de 20 ans. C’est l’arrivée d’un ingénieur électrochimiste néerlandais, qui avait la volonté de travailler sur le domaine, associée à la grande liberté de manœuvre que nous avions à l’époque, qui a permis de commencer ce travail de pionnier, à une époque où personne, en France, ne travaillait sur le sujet.

C’est en 1995 que Renault, poussé par les premiers efforts de ses concurrents dans le domaine, décida de monter un programme de recherche sur le sujet, en s’appuyant notamment sur les compétences d’un certain nombre de partenaires européens. Etant les seuls chercheurs universitaires français sur le sujet à l’époque, nous rejoignîmes le consortium dans le cadre d’un projet européen nommé FEVER, dont le but était de faire rouler au moins 500 km une voiture équipée d’une pile à combustible et d’un réservoir d’hydrogène liquide.
C’est à ce moment-là que j’ai été sollicité pour participer aux recherches du laboratoire sur l’intégration thermique du module de puissance (la pile et tous les auxiliaires), ainsi que sur la gestion de l’eau sur ce module de puissance.