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GT12 - Matériaux et Procédés pour l’Energie

Groupe Thématique Animateur CNRS
GT12 - Matériaux et Procédés pour l’Energie Michel Pons
SIMAP - Grenoble
Lorsque l’on pense à la conception et l’optimisation de matériaux, à leurs fonctions, on ne peut pas oublier d’étudier ou d’imaginer le procédé qui permettra de les mettre en œuvre. De même, il n’est plus possible de ne pas étudier les contraintes réglementaires (p.ex. la réglementation REACH), les ressources stratégiques et leur recyclabilité ou deconstructibilité, voire même l’acceptabilité sociétale (voir p.ex. l’implémentation des « nano » dans des matériaux et leur gestion dans des procédés d’élaboration).

En se concentrant sur la totalité du coût du cycle de vie et de contrôle des coûts, il y a quelques problèmes technologiques fondamentaux en science des matériaux et génie des procédés d’élaboration qui devraient être pris en compte, par exemple les quatre points suivants.

Le premier est le développement de la modélisation multiéchelle (matériau) et multiphysique (procédé) afin de systématiser et comprendre les relations entre les nano- microstructures et les propriétés ainsi que l’optimisation des performances des procédés. La capacité de concevoir et de produire des matériaux pour des fonctions particulières à partir d’une connaissance fine des échelles atomiques ou moléculaires doit conduire à une maîtrise de la production industrielle et à l’optimisation de leur durabilité et recyclage. Un des points clé de cette approche est la connaissance de données, qu’elles soient chimiques, mécaniques, optiques …

Le deuxième est d’intégrer les fonctions massiques et surfaciques, fonctions souvent contradictoires, qui conduisent le plus souvent à l’élaboration de nouvelles architectures de matériaux, de multi-matériaux et d’assemblages. Dans ce cas, il convient de tenir compte de deux points : (a) la compatibilité entre matériaux différents qui font partie de la même architecture, du même système. Ici se posent des questions d’adhérence, de collage, de contraintes combinées, souvent thermomécaniques. (b) les évolutions en service des propriétés, la défaillance en particulier sous des conditions externes agressives, doivent être clairement identifiées, mesurées et modélisées.

Le troisième est d’utiliser à leur juste potentiel des méthodes de fabrication additive afin de mettre sous leur forme définitive les assemblages, multicouches ou structures tridimensionnelles et ainsi économiser de la matière et de l’énergie. L’intégration de ces procédés dans la chaîne industrielle est un enjeu important.

Le quatrième point est le développement de diagnostics in situ afin de contrôler la marche des procédés et détecter les défaillances et dérives à partir de mesures quantitatives.

Maîtriser les propriétés, la conception, la production, la réutilisation ou le recyclage des matériaux est déterminant pour la réalisation des objectifs de la politique européenne de l’innovation. L’introduction de nouvelles fonctionnalités et des propriétés optimisées ajoutent de la valeur à des produits existants, ce qui représente une révolution invisible dans les productions industrielles existantes.

La thématique « Matériaux et Procédés » est une thématique très transversale pour le secteur de l’énergie. Le besoin est partout, le besoin est criant (Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies). En étant partout, il est difficile d’être au cœur d’une thématique applicative.

Le groupe de travail s’est pour l’instant intéressé à deux actions qui lui semblent nécessaires à l’évolution des connaissances des divers secteurs de l’énergie et ceci en gardant en mémoire les contraintes réglementaires et stratégiques ainsi que la recyclabilité :
  • Le développement de la modélisation mésoscopique en science des matériaux qui permettrait de relier l’échelle atomique à l’échelle du réacteur (dossier européen)
  • Le développement des procédés de traitements de surface et des méthodes additives à différentes échelles afin d’optimiser forme, fonction et durabilité.
Liens

La communauté française possède des LABEX assez généralistes dans le domaine vaste des matériaux, chacun amenant aussi bien la composante fondamentale qu’appliquée au domaine de l’énergie. Une liste non exhaustive est détaillée ci-dessous.
  • CEMAM Le centre d’Excellence des Matériaux Architecturés Multifonctionnels a pour objectifs la conception, la création et l’étude fondamentale de nouveaux matériaux multifonctionnels pour les technologies du futur.
  • SEAM Le Labex Science et Ingénierie pour des Matériaux Avancés et des dispositifs a pour vocation de créer de nouvelles recherches sur différents types de matériaux fonctionnels et de structures.
  • sigma_LIM Une des ambitions de Sigma-Lim est de concevoir des matériaux innovants pour développer de nouveaux composants électroniques puis de nouveaux systèmes communicants sécurisés, avec comme applications les domaines de l’énergie, de la santé, de la sécurité.
  • DAMAS Les objectifs du labex « Design des Alliages Métalliques pour Allègement des Structures » sont le développement des recherches en métallurgie.
  • MATISSE Le projet MATISSE a pour objectif de comprendre les principes fondamentaux régissant l’organisation de la matière et de pouvoir ainsi élaborer de nouveaux matériaux aux propriétés remarquables. Pour la première fois, le parallèle entre matériaux naturels et matériaux synthétiques sera exploité de façon prospective en impliquant conjointement la chimie, la physique et les sciences de la terre. Cette approche originale conduira à une meilleure compréhension et à la maîtrise des matériaux dans l’environnement ou l’énergie
  • EMC3 Le labex est un regroupement de laboratoires en chimie, matériaux et énergie pour accroître leur excellence et leur visibilité internationale, dans les thématiques « matériaux pour l’énergie » (matériaux pour la récupération de l’énergie, la diminution de la consommation électrique, la sûreté des installations nucléaires, développement de nouveaux matériaux par des méthodes éco-compatibles) et « combustion propre »(amélioration du carburant et de la combustion, dépollution des gaz d’échappement et récupération de l’énergie thermique)

Composition du groupe d’experts GT12

Composition du groupe d’experts par domaines dans le Groupe de Travail Matériaux et Procédés pour l’Energie

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