Rapport d`activité 2013
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Rapport d`activité 2013
Rapport d’activité 2013 www.ines-solaire.org SOMMAIRE Editorial .................................................................................................................................................... 2 1/ Vie de l’institut ..................................................................................................................................... 3 1.1 Le comité de pilotage .............................................................................................................. 3 1.2 Les ressources ........................................................................................................................ 5 1.3 Les visites ................................................................................................................................ 9 1.4 Les réseaux ........................................................................................................................... 10 2/ Le secrétariat général ........................................................................................................................ 11 2.1 Moyens .................................................................................................................................. 11 2.2 Communication ...................................................................................................................... 12 2.3 Événementiel ......................................................................................................................... 14 2.4 Projets européens ................................................................................................................. 20 2.5 Gouvernance ......................................................................................................................... 21 3/ Activité Recherche & Innovation ....................................................................................................... 23 3.1 Les axes de recherche de l’INES .......................................................................................... 23 3.2 Les équipes de recherche ..................................................................................................... 24 3.3 Publications & brevets ........................................................................................................... 46 4/ Activité Formation & Évaluation ........................................................................................................ 50 4.1 La formation ........................................................................................................................... 50 4.2 Observatoire de suivi des installations .................................................................................. 54 4.3 Développement à l’international ............................................................................................ 58 4.4 Expertise et animation ........................................................................................................... 60 5/ Du côté des inessiens ....................................................................................................................... 63 5.1 Journée neige ines ................................................................................................................ 63 5.2 Barbecue INES ...................................................................................................................... 63 5.3 AP’INES ................................................................................................................................. 63 6/ Glossaire ........................................................................................................................................... 64 Le rapport d’activités de l’INES pour l’année 2013 montre sans conteste une maturité de l’institut qui atteint à l’aube de sa septième année d’existence l’âge de raison. Quelques indicateurs sont là pour le prouver. En premier lieu, il est rassurant de constater la stabilisation des équipes avec environ 400 collaborateurs tous très impliqués et attachés à leur outil de travail : autant d’hommes que de femmes techniciens, ingénieurs, chercheurs ou personnels administratifs, souvent jeunes et qui manifestent clairement leur attachement à l’institut. Deuxième indicateur, le renouvellement de certains cadres dirigeants, notamment les responsables des deux plateformes de l’institut, qui s’est fait en 2013 sans heurt en donnant, bien au contraire, un nouvel élan à l’institut. Cela prouve, s’il le fallait, que sa pérennité est désormais assurée L’évolution des ressources de l’INES illustre bien aussi évolution qui est un gage pour l’avenir. Qu’il s’agisse du Département des technologies solaires (CEA/Liten) animateur de la plateforme « Recherche & Innovation », de la plateforme « Formation & Innovation » ou du Secrétariat général de l’INES, tous trouvent désormais la majorité du financement de leurs activités dans le secteur privé tout en gardant une part importante de ressources publiques. En période de raréfaction budgétaire, cet équilibre est une garantie pour la poursuite de nos activités à moyen et long terme. La montée en maturité est aussi attestée par les résultats techniques et commerciaux, avec les premiers transferts technologiques réussis et les premiers produits issus d’innovations Clef introduites par l’Institut, avec le nombre des contrats industriels qui continue à augmenter malgré un contexte difficile du secteur et un décollage des opérations à l’international. Enfin, la livraison du bâtiment Helios, que les équipes ont investi début 2014, marque la fin du programme immobilier avec plus de 20 000 m2 de bureaux et de laboratoires répartis de façon ordonnée sur le Campus INES. Outre la direction générale et la plateforme « Formation & Evaluation », le « navire amiral » de l’INES regroupera enfin, sur le même site, les équipes du CEA et de l’Université de Savoie ainsi que les premières start-up. L’image et la notoriété de l’institut ont été renforcées comme l’illustrent le nombre de consultations du site internet qui a doublé entre 2011 et 2013, les 8000 visiteurs accueillis sur l’année, ou encore les 10 colloques de haut niveau organisés au Bourget du lac avec notamment l’accueil, en août dernier, de la 13ème conférence internationale d’IBPSA, association internationale sur la simulation énergétique dans le bâtiment : 610 chercheurs et scientifiques du monde entier se sont retrouvés à l’INES comme ils le firent à Sydney pour l’édition précédente ! Autant de signes encourageants pour l’avenir. Jean-Pierre JOLY Rapport d’activités INES 2013 Vincent JACQUES le SEIGNEUR 2 Le 17 décembre se tenait le 9ème comité de pilotage de l’INES sous la co-présidence de Jean-Pierre VIAL, Vice-président du Conseil général de la Savoie et de Benoît LECLAIR, Vice-président du Conseil Régional Rhône-Alpes ainsi qu’en présence des représentants des institutions fondatrices de l’INES : Conseil général de Savoie, Région Rhône-Alpes, CEA, Université de Savoie, CNRS et CSTB. En introduction ont été évoqués les financements de l’institut notamment le programme IEED INES 2 sur le point d’aboutir après plusieurs modifications et ajustements, la prochaine implication du conseil général de la Haute-Savoie dans les actions économiques des deux plateformes et l’installation, début 2014, des premières équipes dans le bâtiment siège de l’INES, Helios. S’agissant de la plateforme Recherche & Innovation, Jean THERME a rappelé que plus de 50% des financements du CEA provenaient des industriels, ce qui est rare dans la recherche française et qui est un élément très positif. Au niveau de l’organisation du CEA plusieurs changements sont intervenus avec le remplacement à la direction du Liten de Didier MARSACQ par Florence LAMBERT et Laurent CLAVELIER par Anis JOUINI. Quant à la plateforme Formation & Évaluation, l’accent est mis sur le développement des formations à l’international, et dans un premier temps le Maghreb où l’INES a développé un partenariat avec la MASEN1, mais également le lancement en 2014 d’une plateforme de formation à distance et la mise à disposition d’outils et ressources numériques en « rich media ». Enfin le secrétariat général développe des actions d’appui aux deux plateformes – immobilier, relations institutionnelles, information et communication, animation du réseau…- et, pour la partie événementielle, deux axes spécifiques : les événements de sensibilisation du public et les événements scientifiques et les workshops développés avec la plateforme Recherche & Innovation. L’INES développe son activité hors les murs avec les projets spécifiques de l’antenne INSEME en Corse qui travaille sur le photovoltaïque et le stockage hydrogène, et celle de Cadarache avec la « cité des énergies » qui développe notamment des démonstrateurs de grande dimension de concentration solaire. 1 Moroccan Agency for Solar Energy Rapport d’activités INES 2013 3 L’INES est organisé de la manière suivante : Composé de deux collèges, les organismes de formation et de recherche (CEA, CNRS, Université de Savoie, CSTB, INES Education et ADEME) et les financeurs (Conseil général de la Savoie, Région Rhône-Alpes et Etat), le Comité de pilotage de l’INES se réunit une à deux fois par an pour arrêter la stratégie générale de l’institut. Le Comité de pilotage est co-présidé par Jean-Pierre VIAL, Vice-président du Conseil général de la Savoie et Jean-Jack QUEYRANNE, Président de la Région Rhône-Alpes. Rapport d’activités INES 2013 4 Fin 2013, la plateforme Recherche & Innovation comptait 370 personnes réparties dans une nouvelle organisation en quatre services et treize laboratoires. Les effectifs du CEA ont encore légèrement progressé. Compte tenu de cette augmentation, une nouvelle organisation avec plus de collaborations et la création d’un échelon intermédiaire en services a été mis en place. L’Université de Savoie/CNRS avec les deux laboratoires LOCIE (Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l’Environnement) et LMOPS (Laboratoire Matériaux Organiques à Propriétés Spécifiques) qui a intégré le LEPMI (Laboratoire d’Electrochimie et de Physicochimie des Matériaux et des Interfaces) rejoindra le bâtiment Helios. C’est une contribution d’environ 130 personnes. Le département Formation & Évaluation réunit à cette même époque 21 collaborateurs. Enfin le Secrétariat général de l’INES compte, fin 2013, cinq personnes. L’effectif global de l’INES était donc environ de 400 personnes à la fin de l’exercice. Evolution de l’effectif de l’INES depuis sa création Des partenaires ont rejoint le campus de l’INES. S’ils ne font pas partie intégrante de l’institut, ils travaillent au quotidien avec lui et participent à ses activités de recherche et/ou de formation. Rapport d’activités INES 2013 5 Lors de la création de l’INES en 2005, les premières infrastructures immobilières et les installations nécessaires à la recherche ont été prises en charge par le Conseil général de la Savoie et la Région Rhône-Alpes. Ce financement a été complété à l’automne 2009 par de nouvelles subventions. Apport initial Apport réalisé 15M€ >15M€ 15M€ >15M€ Financements dans le cadre de l’ITE INES 2 : Apport initial Apport réalisé 25M€ 25M€ 25M€ 25M€ (en cours - 2014-2018) 39M€ 39M€ En parallèle, le financement des activités de recherche menées à l’INES est assuré par les établissements de recherche (principalement le CEA mais aussi l’Université de Savoie) à travers des fonds dédiés à la recherche publique et, surtout des contrats industriels. Les programmes sont souvent développés dans le cadre du pôle de compétitivité TENERRDIS, qui est le premier pôle français dans le domaine des énergies renouvelables. Rapport d’activités INES 2013 6 Part privée Part publique Evolution des ressources du CEA/Liten/DTS entre 2007 et 2013 De même, la plateforme Formation & Évaluation finance ses activités par le biais de financements publics attribués par le Conseil Général de la Savoie et d’autres partenaires publics mais majoritairement de ressources propres. 160 278 Conseil Général 73 Autres subventions Financement privé 901 Répartition des ressources 2013 de la plateforme Formation & Évaluation Rapport d’activités INES 2013 7 Les bâtiments de l’INES sont dorénavant au complet. Le bâtiment Helios, dernier livré et siège de l’INES voit les équipes emménager dès janvier 2014. 123456789101112- Helios Démonstrateurs INCAS Lynx 4 Lynx 2 Lynx 3 Puma 3 Puma 2 Alouette Gazelle Puma 1 Ecureuil Lama (pépinière) Rapport d’activités INES 2013 8 Les infrastructures de l’INES ont été visitées par plus de 8000 personnes pendant l’année. Les visiteurs sont pour la plupart des industriels ou des représentants institutionnels. Deux journées sont chaque année dédiées au grand public et aux étudiants : la journée visites privées au mois de mai et la fête de la science au mois d’octobre davantage destinée aux scolaires et aux étudiants. 800 700 600 500 400 300 200 100 0 753 709 Évolution du nombre de visiteurs reçus par le DTS par catégorie en 2013 439 163 171 87 251 173 110 0 Nombre de visiteurs 2012 Rapport d’activités INES 2013 14 0 49 42 Nombre de visiteurs 2013 9 L’INES a constitué plusieurs réseaux dans le cadre de ses activités de formation et de recherche. Les différentes antennes INES hors les murs et les nombreux centres de recherche et de formation avec lesquels l’INES collabore lui ont notamment permis de se développer au sud et dans les milieux insulaires. Et ce, sans compter les travaux collaboratifs internationaux qui apportent une visibilité mondiale à l’institut. Instituts de référence Réseau hors les murs INES – Chambéry CEA – Cadarache IPVF – Saclay INSEME – Corse PROMES – Perpignan IRESOL – Réunion EMITEC – Maroc & Tunisie Collaborations internationales Allemagne – HELMHOLTZ, ISE Autriche – AIT Belgique – IMEC Danemark – RISØ Etats-Unis – NREL Espagne – Tecnalia, UPM, CIEMAT Finlande – VTT Grande-Bretagne – CREST Italie – ENEA, ENEL, JRC, RSE Kazakstan - AMAT Pays-Bas – ECN Rapport d’activités INES 2013 10 Le Secrétariat général met en œuvre les orientations du Comité de pilotage et les décisions prises par le Comité de liaison. Il est composé de six membres : Jean-Pierre Joly – Directeur général, Vincent Jacques le Seigneur – Secrétaire général, Audrey Joly – Assistante de direction, Estelle Bonhomme – Responsable communication, Anaïs Schneider – Chargée de communication Pascal Gantet – Chef de projet. - Les missions du secrétariat général sont les suivantes : Immobilier : gestion courante des locaux partagés et suivi des projets en lien avec les services compétents ; Relations institutionnelles : coordination et réception des délégations ; Information & communication : réalisation, production et diffusion des outils validés par les partenaires ; gestion courante du site Internet et de la marque INES, rédaction du bulletin de liaison ; Manifestations : organisation et coordination des manifestations communes (colloques, salons, expositions…). Le Secrétariat général de l’INES réalise, une fois par an, le rapport d’activités de l’INES présenté en Comité de pilotage assorti d’un état des dépenses. Plus généralement, le Secrétariat général de l’INES est identifié dans le programme ITE en tant que « Campus INES » afin, notamment, d’assurer le développement du réseau à l’international. Il se positionne comme une structure d’appui et se tient donc à la disposition des différentes plateformes de l’INES pour développer tout ou partie des projets collectifs. Le Directeur général assure plus particulièrement le soutien de la plateforme « Recherche & Innovation », alors que le Secrétaire général assure celui de la plateforme « Formation & Evaluation » (cf. schéma dans la partie 1.1) Le comité de pilotage). 1000 900 800 700 476 600 15 500 168 Financement propre Budget CG73/APS 400 300 620 685 515 200 490 400 Evolution des recettes du secrétariat général en milliers d’Euros 100 0 2009 2010 2011 Rapport d’activités INES 2013 2012 2013 11 L’analyse des recettes montre que la part d’autofinancement du secrétariat général entre 2012 et 2013 a été multipliée par 3. En trois ans le secrétariat général est passé d’un financement assuré en totalité par le public à un budget assuré à plus de 50% sur fonds propres . Côté dépenses, il est à noter que les charges de personnel n’ont pas changé depuis 2012, elles ne représentent pas plus de 60 % du total. Répartition des dépenses en milliers d’Euros par poste en 2013 Comme chaque année, quatre numéros du bulletin de liaison de l’INES, rédigés par le Secrétariat général en concertation et avec l’appui des départements Recherche & Innovation et Formation & Évaluation, ont fait état de l’activité de l’institut. Diffusé en interne mais aussi auprès de 1 900 contacts et de la presse, il est l’outil d’information clé sur les activités de l’INES et de ses partenaires. Les internautes peuvent s’y abonner en ligne et télécharger les anciens numéros sur le site Internet de l’INES www.inessolaire.org/newsletter. Rapport d’activités INES 2013 12 En 2013, l’INES a fait parler de lui dans la presse nationale, locale, spécialisée et web. L’INES informe régulièrement ses partenaires des parutions presse du secteur solaire, susceptibles de les intéresser. Le portail de l’INES www.ines-solaire.org présente les activités de l’institut développées par ses plateformes, mais informe également sur les événements organisés par l’institut et les actualités dans le domaine du solaire. La fréquentation sur le site de l’INES est en constante hausse depuis 2010 comme en témoignent les courbes ci-dessous : le nombre de visiteurs sur le site de l’INES a augmenté de 30% entre 2012 et 2013 et de 100% depuis 2011. Évolution du nombre de visites et de visiteurs sur le site web INES Rapport d’activités INES 2013 13 Delphine BATHO est venue à l’INES le 1er février 2013, accompagnée de Thierry REPENTIN, Ministre délégué à la Formation professionnelle et à l’apprentissage et Geneviève FIORASO, Ministre de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. Les ministres ont visité l’ensemble de la chaine photovoltaïque sur laquelle travaillent les équipes du CEA à l’INES, la journée s’est terminée par l’inauguration du bâtiment Lynx 4 où les équipes modules du CEA se sont ensuite installées. Le prototype Canopea® a été inauguré le 5 juillet 2013 par Geneviève FIORASO, Ministre de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Michel DESTOT, Maire de Grenoble et Christine CRIFO, Présidente de la SEM INNOVIA. Vainqueur du Solar Decathlon Europe 2012, il a été reconstruit sur la presqu’île de Grenoble, face à Minatech et servira de relai d’information sur le projet d’aménagement urbain de la Presqu’île. Sur le plan scientifique, le programme R&D Canopea se sert du prototype comme démonstrateur et support de monitoring. Le 17 mai 2013, l’INES a organisé à la demande de la ministre Delphine BATHO, le débat national consacré au solaire dans l’hémicycle du Conseil régional Rhône- Alpes. Au-delà des témoignages des experts allemands ou espagnols et des analyses qui ont rappelé le potentiel du solaire, qu’il soit photovoltaïque ou thermique, quatre enjeux ont émergé des échanges : la nécessité d’une Communauté européenne des énergies et le rôle des collectivités locales comme acteurs clefs de cette transition ; le projet d’une véritable fonderie européenne – de type airbus - dont le dimensionnement et les innovations permettront au solaire d’être compétitif avec des moyens accrus pour la R&D ; un choc de simplification administrative afin d’accélérer les procédures qui handicapent la filière ; et enfin le nécessaire encouragement à l’autoconsommation. Rapport d’activités INES 2013 14 Forum photovoltaïque et risques 19 février 2013 Pour la 3ème édition de cet événement l’INES a déplacé l’événement à Lyon, pendant le Salon des énergies renouvelables. 100 participants ont travaillé sur les diagnostics et les solutions possibles, les couvertures assurantielles, le risque incendie et électrique. Colloque solaire thermique et habitat collectif 20 février 2013 Toujours dans le cadre du salon des énergies renouvelables, l’institut a organisé une journée d’échanges sur le solaire thermique dans l’habitat collectif afin de dresser un état de la situation à travers des témoignages et des dires d’experts. Un événement qui a permis d’aborder en particulier les questions du suivi et de l’instrumentation des installations, la formation des différents corps de métier, ou encore les modèles économiques du secteur. 22-23 avril 2013 Visites privées INES 31 mai 2013 Sophia workshop PV-module Reliability 6-7 juin 2013 2 Le 3ème workshop international sur la technologie silicium de type « n » a été organisée à Chambéry les 22 et 23 avril 2013. Avec plus de 150 participants industriels et scientifiques, le nPV workshop confirme l’intérêt de la filière Silicium pour les cellules de type « n » qui visent les plus hauts rendements. Les meilleurs spécialistes mondiaux sont intervenus comme SunPower et les grands instituts européens (ISE, INES, IMEC, ECN, ISC Konstanz et EPFL). Pour la 3ème année consécutive, l’INES a ouvert ses portes à ses partenaires locaux pour des visites de ses laboratoires et installations. Plus de 100 personnes ont ainsi pu en savoir davantage sur cet institut important dans le paysage local. Le workshop PV-Module Reliability a réuni le monde de la banque, de l’assurance, du conseil et de la certification, des organismes de recherche y compris le NREL2 américain et des entreprises. L’éclairage du monde de la finance sur la gestion et l’appréciation des risques techniques a été particulièrement apprécié. Le débat a été très riche notamment sur les voies de diminution des risques et donc des coûts financiers associés qui affectent significativement le coût du kWh solaire. National Renewable Energy Laboratory Rapport d’activités INES 2013 15 25 au 28 août 2013 Colloque « L’Autoconsommation » 7 novembre 2013 L’INES a organisé du 25 au 28 août 2013 la 13ème conférence internationale d’IBPSA, association internationale sur la simulation énergétique dans le bâtiment. 610 chercheurs et scientifiques du monde entier se sont retrouvés à Savoie Technolac pour des conférences et ateliers autour du bâtiment et de la performance énergétique. L’INES a été sollicité par les pouvoirs publics pour approfondir la réflexion sur le potentiel de l’autoconsommation. Un colloque organisé à Paris, au Sénat a permis de rassembler 230 personnes et les meilleurs experts de la question afin d’échanger sur les retours d’expériences de certains pays au premier rang desquels l’Allemagne. Après avoir été organisé aux Pays-Bas en 2012, le congrès international sur le solaire organique ISOS6 s’est tenu du 10 au 12 décembre 2013 en Savoie. Un événement qui a rassemblé à l’INES 80 experts internationaux et industriels de la filière organique. Il a permis de faire le point sur les avancées en la matière (nouveaux matériaux, qualité et durée de vie, vieillissement, coût...). 10 – 12 décembre 2013 Simultanément à ISOS6, s’est déroulée la réunion des membres du projet européen « Solar Design » pour la réflexion sur les modules photovoltaïque sur mesure, au Bourget-du-Lac. 10 -12 décembre 2013 En 2013 l’INES a organisé 4 conférences « Midi à l’INES » dans l’amphithéâtre de l’INSEEC, l’école de commerce savoyarde. Des conférences gratuites organisées pendant la pause-déjeuner qui permettent d’aborder les différentes problématiques de l’énergie comme en 2013 le stockage hydraulique, la créativité, l’autoconsommation ou encore la « moroccan solar race ». En complément de la conférence, une collation est offerte gratuitement aux participants sur demande à l’inscription et les présentations et documents utiles sont téléchargeables sur le site de l’INES. Rapport d’activités INES 2013 16 Participants aux conférences « Midi à l’INES » Salon des Enr Lyon 19 – 22 février 2013 EU PV SEC Paris 30 Septembre – 2 octobre L’INES était à nouveau présent du 19 au 22 février 2013 au Salon des Energies Renouvelables, à Lyon. Positionné à côté du CEA Liten, l’INES a ainsi pu présenter ses activités de R&D de manière approfondie ainsi que ses formations. Une édition un peu particulière pour l’institut puisqu’il organisait les 19 et 20 février deux conférences à Eurexpo sur le solaire photovoltaïque et le solaire thermique. L’INES était présent à la conférence européenne PVSEC à Paris du 30 septembre au 2 octobre avec un stand collectif réunissant les partenaires industriels du CEA à l’INES: AET, Alliance Concept, Apollon Solar, Augier, ECM GreenTech, IBS, Luxol, Machines Dubuit, Semco, Serma, Solarforce, Steadysun, Thermocompact, Vesuvius et Vincent Industrie. Ainsi 15 entreprises de la filière photovoltaïque française, la plupart équipementiers, étaient présentes. Un regroupement qui a permis de mettre en avant les atouts de la filière solaire française et de créer des synergies entre acteurs. La conférence du CEA a permis de présenter 8 exposés et une dizaine de posters. Rapport d’activités INES 2013 17 Une nouvelle fois l’INES a ouvert ses portes lors de la fête de la science. En 2013, l’INES a reçu à cette occasion 270 visiteurs allant du CE2 à la Terminale mais aussi des étudiants et du grand public, curieux d’en savoir plus sur le campus INES. 9 au 11 octobre 2013 En 2013, l’INES a accueilli au total 1533 participants lors de ses événements pour un chiffre d’affaires de 476k€. Parmi ces événements, certains sont créés par l’INES (photovoltaïque et risques, autoconsommation…) et d’autres déjà existants à l’international (nPV, Building Simulation…) ont pu être accueilli en France, souvent pour la première fois. Nombre de participants aux colloques organisés par l’INES en 2013 Rapport d’activités INES 2013 18 Chiffre d’affaires des colloques organisés par l’INES en 2013 Certains de ces colloques ou ateliers sont gratuits, d’autres payants. L’INES organise des événements d’intérêt général qui restent gratuits car il s’agit de la mission de service public de l’INES et les événements dédiés à des secteurs professionnels et/ou des communautés scientifiques qui sont autofinancés par les participants et des sponsors extérieurs. Rapport d’activités INES 2013 19 L’INES participe depuis 2013 au programme européen Solarrok. D’une durée de 3 ans, ce projet vise à construire des stratégies de coopération entre 7 régions européennes clés dans le domaine du photovoltaïque, afin de renforcer la compétitivité de cette filière. En septembre 2013, une analyse générale des marchés régionaux, nationaux et européens du photovoltaïque a été publiée. 74 instituts de recherche et 118 entreprises ont été sondées pour aboutir à plusieurs cartographies qui ont permis de recenser dans chaque région les capacités de recherche, les spécialisations des entreprises régionales, leurs principaux marchés, et les sujets perçus par les entreprises et les chercheurs, comme pertinents à l’avenir pour la filière photovoltaïque européenne. Deuxième étape, les partenaires vont créer, en fonction des besoins analysés, des plans d’action communs. Les partenaires du programme Solarrok Rapport d’activités INES 2013 20 Afin de renforcer son rôle de tête de pont l’INES participe aux instances de gouvernance de nombreuses structures qui sont dans le même périmètre d’activités. Ainsi le secrétariat général participe activement depuis 2012 à 11 instances de gouvernance de ses partenaires. 2011 2012 2013 Réseau des plateformes du Plan Bâtiment Durable Solar France Pôle Tenerrdis Alliance ANCRE Comité opérationnel Solar Decathlon Plateforme Asstus Pôle Innovation Constructive Conseil scientifique Université de Savoie Cluster Eco-Energie Comité de pilotage ANR CA Plateforme Formation & Évaluation (INES) Fondation Energie pour le monde Observ'ER EU PV SEC International Scientific Advisory Committee Groupe d’experts débat national sur la transition énergétique Groupe de concertation DGEC « autoproduction » Participation du directeur général Participation du secrétaire général Evolution de la participation du secrétariat général aux instances de gouvernance des partenaires de l’INES Solar France : l’association a pour objet la préparation et l’organisation de manifestations en lien avec l’énergie solaire comme la participation française au Solar Decathlon. Pôle Tenerrdis : le pôle de compétitivité Tenerrdis a pour vocation d’accroître la compétitivité des filières industrielles des nouvelles technologies de l’énergie grâce à l’innovation. Alliance ANCRE : elle regroupe les instituts publics de recherche travaillant dans le domaine de l’énergie. Jean-Pierre Joly anime le groupe « Energie solaire » avec la présence des experts reconnus de l’INES. Conseil d’Administration CETIAT : le CETIAT est le Centre technique français dans le domaine de l’aéraulique et de la thermique. Le CEA a signé un accord de collaboration, et Jean-Pierre Joly a siégé au conseil d’administration de 2010 à 2012. Comité opérationnel Solar Decathlon Europe : le Solar Decathlon est une compétition internationale d’architecture solaire réservée aux étudiants architectes et ingénieurs. Ces derniers doivent construire une maison solaire qui sera notée lors de la compétition sur 10 critères. L’édition européenne de la compétition se déroulera à Versailles en septembre 2014. Plateforme ASSTUS : plateforme visant à répondre aux besoins croissants des entreprises du secteur de la construction, en particulier des PME/TPE, en matière d’amélioration des processus de construction et de rénovation. Rapport d’activités INES 2013 21 Pôle Innovations Constructives : le Pôle Innovations Constructives est un pôle d'excellence, qui réunit plus de 70 adhérents, représentant les trois ingrédients de la compétitivité économique : les entreprises de la filière « bâtiment », les organismes de formation et de recherche (laboratoires publics et les centres de recherche privés) et les institutionnels, partenaires et organisations professionnelles. Cluster Eco-Energies : le Cluster fédère plus de 800 acteurs privés et publics (dont 230 membres), qui participent régulièrement aux actions portées par l'association. Tous souhaitent contribuer au développement des filières de la maîtrise de l'énergie et des énergies renouvelables en Rhône-Alpes, sur le secteur du bâtiment. Comité de pilotage ANR : le programme PROGELEC (Production Renouvelable et Gestion de l'Electricité) regroupe les activités de recherche liées au vecteur électrique dont le photovoltaïque. Fondation Energie pour le Monde : créée à l’initiative d’Alain Liébard, président-fondateur, la Fondation Énergies pour le Monde est une ONG qui s’est donné pour but de favoriser le développement de l’énergie solaire dans les pays en développement. Observ’ER : Créé en 1979, l’Observatoire des énergies renouvelables dit Observ’ER est devenu une référence dans le domaine des énergies renouvelables et du développement durable en France, en Europe et dans le Monde et assure deux missions : la fourniture de données et statistiques sur les Enr et l’édition du Journal des Energies Renouvelables, seule revue professionnelle du secteur. EU PV SEC International Scientific Advisoriy Committee : Comité d’experts scientifiques de la conférence internationale EU PV SEC qui garantit la qualité des contributions scientifiques présentées loirs de la conférence. Groupe d’experts débat national sur la transition énergétique : dans le cadre du débat national sur la transition énergétique, ce comité d’experts créé en 2013 est chargé notamment de sélectionner et de comparer les scénarios qui serviront de base aux discussions. Groupe de concertation DGEC « autoproduction » : groupe de travail mis en place en décembre 2013 suite aux annonces ministérielles de lancement d’une réflexion sur l’autoproduction de l’électricité renouvelable, sous l’égide de la Direction Générale de l’Energie et du Climat. Rapport d’activités INES 2013 22 Les activités de recherche de l’INES portent sur le solaire photovoltaïque, le solaire thermique ainsi que sur l’efficacité énergétique du bâtiment. Les principaux axes de recherche dans le solaire photovoltaïque portent sur : Les procédés de purification et de cristallisation du silicium, Les cellules innovantes à base de silicium et de matériaux organiques, Les nouvelles techniques d’encapsulation des modules, Les composants et systèmes pour la sécurité, le diagnostic et la gestion des centrales, L’insertion de l’énergie photovoltaïque dans les usages. Dans un domaine en très forte évolution avec une très forte baisse des prix et une forte compétition, le solaire photovoltaïque doit relever plusieurs grands défis: - La poursuite de l’augmentation du rendement et la diminution des coûts (fabrication, installation et exploitation) des différentes technologies solaires ; - Une plus grande différentiation des produits pour les partenaires industriels en mettant l’accent sur la performance et la qualité ; - L’adaptation des produits à une logique d’autoproduction. Les équipes du CEA à l’INES étudient l’ensemble de la filière – matériau silicium, cellules, modules, systèmes, stockage de l’électricité, et tests et se concentrent particulièrement sur l’obtention de nouvelles méthodes d’élaboration des plaquettes de Silicium, sur l’augmentation du rendement des cellules solaires, sur le développement de nouveaux outils de prévision et de diagnostic et enfin sur le développement Du matériau Silicium au des systèmes de stockage de l’énergie module photovoltaïque innovants. Dans le domaine du solaire thermique, la R&D permet de développer des composants et systèmes innovants pour le chauffage, la ventilation et la climatisation, d’optimiser les systèmes combinés associant le solaire à d’autres énergies renouvelables et d’accélérer l’innovation sur les centrales thermodynamiques à concentration. Banc d’ensoleillement artificiel Plateforme de bâtiments tests INCAS L’intégration de l’énergie solaire dans le bâtiment ainsi que la gestion active de l’ensemble des sources thermiques et électriques sont des axes forts des recherches de l’INES pour aboutir à des technologies dites « à énergie positive » permettant aux bâtiments, aux quartiers et aux territoires de produire, à terme, plus d’énergie qu’ils n’en consomment. Pour cela, l’Institut s’est doté d’une plateforme expérimentale composée d’un ensemble de pavillons instrumentés en fonctionnement réel permettant de comparer concrètement différentes solutions technologiques et de dispositifs de tests pour les composants de façades. Rapport d’activités INES 2013 23 Le département Recherche & Innovation de l’INES est animé par le CEA. Il est composé des chercheurs du Département des Technologies Solaires (DTS) du CEA-Liten, ainsi que de certaines équipes de l’Université de Savoie. Institut du CEA implanté principalement à Grenoble et à Chambéry, le Liten (Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les Nanomatériaux), est l’un des plus importants et plus jeunes centres européens de recherche sur les nouvelles technologies de l’énergie. Les activités du Liten sont centrées sur l’énergie solaire et les bâtiments basse consommation d’énergie, les transports du futur (hydrogène, pile à combustible et batteries), et les nanomatériaux pour l’énergie et leur usage sécurisé. Au sein de la Direction de la Recherche Technologique (DRT) du CEA, le Liten poursuit sa mission de développement des nouvelles technologies de l'énergie, avec notamment le Département des Technologies Solaires (DTS) basé à l’INES. La mission du DTS est d’accélérer la transition énergétique en développant des technologies solaires innovantes et compétitives couplées à une utilisation rationnelle de l’énergie et d’assurer leur transfert vers l’industrie en favorisant la création d’emplois en France. Les activités du DTS couvrent les domaines de l’énergie solaire et du bâtiment : élaboration de silicium de qualité solaire, augmentation du rendement des cellules solaires photovoltaïques, systèmes électriques et thermiques, stockage de l’énergie, efficacité énergétique, méthodologies de rénovation, intégration dans le bâtiment et convergence habitat-transport. Ces thématiques s'adressent aux marchés du bâtiment et du transport. Les équipes du DTS qui représentent près de 80% des chercheurs de l’activité Recherche & Innovation de l’INES, travaillent au sein de 4 services et 13 laboratoires : Rapport d’activités INES 2013 24 En 2013, le DTS a poursuivi son développement et dépassé ses objectifs puisqu’un grand nombre de contrats de recherche ont pu être signés avec un total de recettes de 60M€ en dont 50% provenant des contrats industriels. Du côté de la valorisation des travaux de R&D les chiffres aussi sont à la hausse puisque le DTS a déposé 83 brevets en 2013 à 1.5M€/brevet (+27% par rapport à 2012). Au cumul ce sont donc 300 brevets qui ont été déposés par le DTS depuis sa création en 2005. Le nombre de publications en 2013 était de 38 avec un facteur d’impact de 3.5, des chiffres qui restent stables. Le nombre de brevets par Rapport d’activités INES 2013 25 million d’euros de budget est plus élevé que d’autres grands instituts comme le Fraunhofer ISE ou le NREL. 1,5 brevets/M€ de budget en 2013 Un facteur d’impact moyen des publications de 3.5 en 2013. Au total, pas moins de 200 industriels sont devenus par le biais des contrats de recherche des partenaires du CEA à l’INES au fil du temps, dont 50% de PME, 15% d’ETI, 15% de grands groupes et 20% d’entreprises étrangères. Le grand nombre de PME et d’ETI qui représentent la plus grosse part du financement est une caractéristique majeure et remarquable. Rapport d’activités INES 2013 26 Un procédé de purification du silicium solaire par ségrégation rapide a été développé avec la société ECM. La vitesse de solidification atteint 3cm/heure. Un brassage mécanique se substitue à la convection thermique naturelle pour empêcher l’accumulation des impuretés. La ségrégation de l’aluminium est ainsi maintenue jusqu’à plus de 70% de hauteur solidifiée au centre du lingot. Ce procédé, plus rentable que ceux utilisés aujourd’hui, doit être validé sur des lingots industriels de 450 kilos. « L’institut s’intéresse au silicium ‘monolike’, une technologie associant la qualité du silicium monocristallin et les faibles coûts de fabrication du multicristallin. En collaboration avec la société ECM, nous avons réussi début 2013 à élaborer un lingot de 450 kilos présentant une zone monocristalline couvrant plus de 98 % du volume exploitable. Un résultat exceptionnel à l’échelle mondiale, rendu possible par notre maîtrise des procédés de pavage des germes de silicium et par la thermique du four ECM. Les cellules hétérojonctions réalisées à partir de ce substrat. De plus, nous avons utilisé une métallisation cuivre plutôt qu’argent pour réduire encore les coûts de production. Les cellules obtenues affichent un rendement de conversion exceptionnel de 21,6 %, prouvant la qualité intrinsèque du silicium monocristallin obtenu avec ECM. La collaboration se poursuit dans l’objectif d’élaborer un lingot de 800 kilos.» Anis JOUINI nouveau chef du département « Technologies Solaires », CEA-Liten Afin de couvrir l’ensemble des technologies de croissance du silicium cristallin, le laboratoire matériaux et procédés pour le solaire du CEA à l’INES s’est doté d’un four de tirage de type Czochralski (le mode principal de fabrication de silicium monocristallin) permettant d’élaborer des lingots de diamètre 200 à 225mm pour une charge de 100 à 150 kgs. L’équipe du laboratoire utilise cet équipement afin de répondre à trois axes de recherches principaux : la fabrication de germes pour la croissance du silicium «mono-like», la production de plaquettes de silicium de qualité contrôlée compatible avec des procédés cellules à hauts rendements, et l’étude du comportement des impuretés dopantes ainsi que des éléments légers dans le silicium monocristallin (Czochralski). Le four de tirage mono a été installé sur le site de l’INES en fin d’année 2012, il est actuellement en fonctionnement. Les travaux sur la découpe de wafers silicium par fil diamanté se poursuivent sur une machine de production, avec les entreprises Applied Materials et Thermocompact. L’objectif est de comprendre la physique de découpe pour optimiser le procédé. La technologie a confirmé ses atouts : vitesse de coupe 2 à 3 fois supérieures, meilleur état de surface, économie matière... La production de fils diamanté va commencer et une ligne de découpe prototype va être installée chez Thermocompact, à Annecy. Rapport d’activités INES 2013 27 Une technique de cartographie de l’oxygène interstitiel dans des lingots ou des plaques de silicium a été développée par le Liten. La présence et la densité des atomes oxygène, notamment placés en position interstitielle dans la maille du silicium, est difficilement contrôlable. Elle est liée à la vitesse de dissolution du creuset de silice employé et aux conditions de fusion du silicium, et influe fortement sur les performances des cellules PV. Un partenariat avec AET Technologies est en place dans le but d’amener sur le marché une série d’équipements sur la base des brevets CEA. « Le silicium de type n est de plus en plus considéré pour la production de cellules photovoltaïques car il présente une sensibilité moindre aux impuretés métalliques et permet la fabrication de cellules sans dégradation sous éclairement. Nous avons développé une technologie de fabrication de cellules menant à des rendements de 20 % sur grande surface de plaquettes (6 pouces). Cette technologie a été validée au niveau du module avec des puissances proches de 300 Watts (modules 60 cellules). Ces résultats nous placent parmi les leaders mondiaux sur ce type de technologie. Les rendements cellules peuvent encore être améliorés au-delà des 20 % en optimisant les étapes de dopage, de passivation et de métallisation. La structure de ces cellules étant bifaciale, il est possible de convertir les rayons lumineux arrivant par la face arrière. Aussi, nous travaillons sur le développement de modules bifaciaux en utilisant des matériaux transparents sur les deux faces. Selon le type d’installation de ces modules, on peut atteindre des gains en énergie produite allant de 10 % à 30 % par rapport aux modules classiques. » Jean-Pierre Joly, directeur de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES) La salle blanche de l’INES, dédiée au développement des cellules solaires photovoltaïques, bénéficie d’un nouvel équipement de texturation et nettoyage de cellules. Cet équipement de pointe financé par le CEA, permet à la fois de garantir des texturations automatiques et reproductibles de plaquettes de silicium, des nettoyages ultra propres nécessaires à la fabrication de cellules solaires à très haut rendement, tout en ayant une capacité de traitement quasi industrielle et en préservant la sécurité des utilisateurs. Cette paillasse accueille neuf bacs : cinq bacs procédés, trois bacs de rinçage et un bac de séchage. Une installation qui a nécessité deux mois de chantier dans la salle blanche et l’intervention de sept entreprises en parallèle. DisaSolar et les équipes du CEA à l’INES s’associent pour créer en France un laboratoire de recherche mixte dédié au développement des modules photovoltaïques organiques par impression jet d’encre. Depuis 2010, DisaSolar et le CEA travaillent ensemble dans le cadre de plusieurs projets sur l’élaboration de modules photovoltaïques organiques (OPV) par impression jet d’encre. Les objectifs techniques de cette Rapport d’activités INES 2013 28 collaboration sont la réalisation de modules photovoltaïques certes performants mais également souples et légers, colorés et semi-transparents et surtout « sur-mesure ». Cette collaboration est venue se renforcer depuis le 1er septembre 2013 par la création d’un Laboratoire Commun CEA-DisaSolar pour une durée de 3 ans. Il permet ainsi la combinaison des compétences de DisaSolar dans le photovoltaïque à haute valeur ajoutée pour des applications spécifiques, à l’expertise des équipes du CEA dans la conception et l’élaboration de modules OPV par voie solvant. Cette structure devra contribuer à renforcer l’offre technologique de la filière OPV française et mondiale pour l’élaboration de dispositifs OPV « sur-mesure ». Les équipes du CEA à l’INES en collaboration notamment avec ECM Technologies travaillent sur un concept bifacial allant de la cellule au système avec des cellules solaires photovoltaïques monolike et à haute performance. L’objectif est de valoriser le concept bifacial sur silicium monolike. Les modules biface permettent un gain de puissance de l’ordre de 10 à 30%, d’intégrer des parois verticales et de produire à des heures différentes des modules standards (monoface). Cette technique permet de favoriser l’autoconsommation si on superpose la production de modules monoface avec la production de modules biface, et ce sans avoir recours au stockage. Plusieurs démonstrateurs seront installés dans différentes région du globe, incluant différents revêtements au sol afin étudier la réverbération de la lumière, pour une puissance totale d’au moins 200kW. Le Liten maitrise maintenant la fabrication de modules à hétérojonction d’une puissance supérieure à 260 W, sur équipements industriels. Ces modules ont passé avec succès les tests des normes IEC 61215 (fiabilité) et 61730 (sécurité). Pour les tests de cyclage thermique et de chaleur humide, les pertes sont de l’ordre de 1 % alors que la norme tolère 5 %. Prochaine étape : la validation du procédé de fabrication à l’échelle préindustrielle, sur une ligne d’une capacité de 10 modules / heure qui va être installée à l’INES pour les études de pré-protypage au service des industriels. De nouveaux concepts de modules photovoltaïques répondant à des contraintes inhabituelles de masse et de forme sont développés pour élargir les applications du photovoltaïque. Des modules conformables pouvant adopter une forme galbée ont ainsi été étudiés. Autre exemple : des modules ultra-légers pour ballon dirigeable ont été mis en œuvre dans un démonstrateur, dans le cadre du projet Capazza. Leur fabrication fait appel à de nouveaux procédés afin de réduire le coût de la mise en module : techniques d’injection de la plasturgie, lamination-thermoformage etc. Des modules PV organiques de 5 cm x 5 cm ont été réalisés par impression jet d’encre. Leur rendement de conversion dépasse les 2 %. Leur stabilité intrinsèque a été testée sous illumination continue : après 3 000 heures, les pertes en rendement sont limitées à 20 %, et inférieures à 10 % pour certaines cellules Rapport d’activités INES 2013 29 du dispositif. Des résultats comparables (voire meilleurs) à ceux obtenus par un procédé combinant spin coating3 et évaporation sous vide de l’électrode supérieure. L’équipe systèmes du CEA à l’INES en collaboration avec les équipes cellules photovoltaïques, a mis en place un banc et une méthode de caractérisation des cellules photovoltaïques de toutes technologies, baptisée « LED VIM ». Ce banc permet de déterminer l’ensemble des paramètres du circuit électrique d’une cellule et ainsi de définir et comprendre les facteurs limitant le productible et le rendement. Si ce logiciel d’analyse fine des paramètres électriques d’un module était déjà utilisé à l’INES pour les installations en conditions réelles (ensoleillement naturel), le délai nécessaire pour réunir les conditions souhaitées était d’environ 15 jours. Avec le banc LED VIM il est dorénavant de 15 secondes grâce à un éclairage LED entièrement paramétrable en intensité. Enfin il permet de travailler cellule par cellule et bientôt à l’échelle du module. Une technologie prometteuse à destination des fabricants de cellules, modules ou laboratoires. Les équipes du CEA à l’INES ont installé une ligne d’assemblage de modules photovoltaïques dans un nouveau bâtiment. Cette ligne permet l’assemblage de modules standards et de modules bi-verre notamment pour la technologie hétérojonction et produit jusqu’à 16 modules standards par heure et de 8 à 12 modules en bi-verre. La ligne sera complète au printemps 2014, à réception de l’équipement de détourage et de pose du cadrage. A cela s’ajoutera une « collingpress » (presse de refroidissement) particulièrement intéressante pour les modules bi-verre ou polymères puisqu’elle permettra entre autres d’éviter les déformations dues à la chaleur. « Améliorer les performances au meilleur prix est un défi à l’échelle de la cellule, mais aussi du module PV. Aussi, nous innovons tant au niveau des matériaux que des procédés. Parallèlement, nous proposons notre expertise aux industriels pour répondre à leurs cahiers des charges les plus exigeants. Quelques exemples : avec Arkema, nous participons au développement de l’Apolhya®, un thermosplastique compatible avec les procédés de fabrication de panneaux solaires, et nous développons des architectures de modules sans verre, légères et conformables. Avec Vicat, nous développons des modules à intégrer dans des plaques en béton. Nous continuons aussi à travailler sur les modules classiques, avec par exemple l’interconnexion des cellules par collage, de l’échelle du laboratoire à la mise en œuvre sur un outil industriel. Les modules hétérojonctions réalisés ainsi satisfont aux normes de vieillissement en vigueur. » Stéphane Guillerez chef du service « Modules Photovoltaïques », CEA-INES 3 Technique de dépôt de couche mince Rapport d’activités INES 2013 30 Le développement d’algorithmes pour la détection d’arcs électriques dans les installations PV a débouché sur un transfert à un partenaire industriel français, qui commercialisera sa solution courant 2014. Par rapport aux produits concurrents, elle se distingue par un taux extrêmement faible de faux positifs et de faux négatifs, d’où une protection accrue contre le risque d’incendie. La détection des arcs électriques, déjà obligatoire aux Etats-Unis, va sans doute être imposée en France et en Europe. Un outil logiciel a été développé avec Urbasolar pour détecter les dysfonctionnements des centrales PV, sources de pertes de rendement, et réaliser un diagnostic en continu de leur état de santé. Cet outil compare la production réelle mesurée avec une production théorique tenant compte des conditions du moment, et alerte l’exploitant en cas d’anomalie. Il est déjà utilisé à titre expérimental sur plusieurs centrales et fera l’objet d’un transfert en 2014. Au-delà de l’injection directe de la production d’énergie photovoltaïque dans le réseau électrique, prôné par le « feed-in-tarif », il y a l’autoconsommation : produire et consommer son électricité. De manière naturelle, un Français consomme environ 30% de l’énergie produite par une installation photovoltaïque résidentielle de 3kWc. Pour améliorer ce taux d’autoconsommation, les équipes CEA à l’INES ont contribué au développement d’un produit dédié au photovoltaïque résidentiel et permettant d’accroître l’autoconsommation de 30% à 75% grâce à l’utilisation d’un système de stockage (projet SOLion, image ci-contre). «Aujourd’hui, nous travaillons aussi bien sur les produits et leurs lois de gestion d’énergie que sur les modèles d’affaires qui permettront d’apporter satisfaction aussi bien à l’utilisateur en le rendant quasiautonome énergétiquement, qu’au gestionnaire de réseau en améliorant l’intégration du photovoltaïque», explique Nicolas MARTIN, chef de projet au laboratoire stockage de l’électricité. Le Laboratoire des Systèmes Thermiques du CEA à l’INES a développé une machine à absorption de 5 kW froid à destination des systèmes de climatisation solaire. La machine, utilisant le couple thermodynamique ammoniac-eau, fait suite à un premier développement de banc d’essais réalisé dans le cadre du projet Carnot Energie du Futur « SOLAMMOR » au cours de l’année 2011. L’expérience réussie, cette seconde version est plus proche d’un produit industriel et un soin particulier a été apporté en termes de design et d’ergonomie. De par sa conception, elle est aujourd’hui la plus compacte des machines de petites puissances du marché avec un encombrement spécifique de 74 litres par kW froid et présente une charge en fluide 4 fois inférieure à celle des autres machines utilisant l’ammoniac. Elle a été installée sur l’installation SOLERA climatisant les bureaux situés en mezzanine de la halle technique du bâtiment Puma 3 de l’INES. Rapport d’activités INES 2013 31 Première centrale solaire CSP opérationnelle en France, Alsolen a poursuivi sa montée en puissance avec la mise en service d’un stockage thermique à changement de phase sur lit de roche de 30 m 3. Le site doit encore s’enrichir d’une installation de fabrication de froid solaire. En parallèle, la centrale CSP Alsolen Sup est en construction. Elle fonctionnera à 450°C et 120 bars en vapeur surchauffée (contre 300°C en huile pour Alsolen) et comportera trois systèmes de stockage : vapeur, changement de phase et liquide. La centrale Alsolen s’est dotée de réflectomètres portables pour étudier la performance optique de différents miroirs, décisive pour le rendement de la centrale. Ces études peuvent être menées sur champ solaire ou sur site d’exposition naturelle soumis à des salissures ou des agressions : eau, température, sable… Les réflectomètres retenus ont été développés spécifiquement pour les centrales CSP et sont utilisés par des centres de recherche du monde entier. Les études permettent de quantifier la durabilité des miroirs, de définir des protocoles de nettoyage, de déterminer la position de repos optimale etc. La technologie des centrales solaires à concentration nécessite, pour pérenniser leur développement un stockage thermique viable et performant. A l’heure actuelle, les solutions envisagées regroupent du stockage par chaleur sensible et par chaleur latente utilisant un matériau à changement de phase liquide-solide. Dans le cadre de deux projets avec des acteurs industriels français de premier ordre, le CEA à l’INES a mis au point des bancs d’études. Ces infrastructures permettent de tester les matériaux au contact du matériau à changement de phase. Couplé avec les techniques de simulation numérique, le CEA a ainsi les moyens de réaliser des études fiables et performantes de technologies innovantes de stockage. Rapport d’activités INES 2013 32 Le LOCIE, UMR 5271 est le laboratoire de l’INES représentant le CNRS et Université de Savoie dans les domaines du bâtiment durable et des systèmes énergétiques associés. Le LOCIE se positionne en tant d’unité de ressourcement sur ces activités et travaille en étroite collaboration avec les laboratoires énergétique bâtiment, modules photovoltaïques et systèmes thermiques du CEA. Ses activités se déclinent en 4 groupes opérationnels : conversion locale de l’énergie pour l’autonomie des bâtiments ; systèmes solaires thermiques et stockage ; maitrise des flux pour la qualité des ambiances, caractérisation des bâtiments ; évaluation et amélioration des performances. Le LOCIE était composé au 1er juin 2013 de 61 membres, dont 24 enseignants-chercheurs et chercheurs (7 professeurs, 15 maîtres de conférences) relevant essentiellement des sections 60 et 62 du CNU, et de la section 10 du CNRS, 2 attachés temporaires d’enseignement et de recherche, 1 maître de conférence associé à mi-temps, 2 professeurs émérites, 1 chercheur bénévole, 27 doctorants, 2 post-doctorant, 6 personnels administratifs et techniques. Le LOCIE a participé à 8 projets ANR dans le cadre des programmes, HABISOL (2 ANR), STOCKE (1 ANR), SEED (2 ANR), VBD (3 ANR) ainsi qu’à 1 projet FUI. Il était impliqué dans le programme énergie du CNRS et dans des programmes de recherche régionaux via les ARC énergie et environnement. 6 contrats étaient en cours avec des industriels. Le budget de fonctionnement 2013 du LOCIE était de 400 k€ pour un budget consolidé de 2 801 k€. Les subventions d’état (CNRS et Université) apportent 40% des ressources de fonctionnement laboratoire, 77% de la masse salariale. Les projets ANR, les contrats industriels, et les projets FUI représentant respectivement 42 %, 14% et 10 % des ressources. Les subventions de la Région et des collectivités territoriales, de l’Ademe, participent au budget du laboratoire dans une moindre mesure. 2% 6% 10% 3% SUBVENTION ETAT BQR Université 23% ANR Contrats industriels 42% 0% 14% Projets Région Rhône Alpes FUI Dotation CNRS Ress. Propres CNRS Répartition des dépenses du LOCIE En 2012, 23 articles ont été publiés par le laboratoire dans des revues internationales à comité de lecture. 10 communications ont été réalisées dans des congrès internationaux avec actes. Le laboratoire a aussi participé à 13 congrès nationaux ou internationaux sans actes. 7 thèses ont été soutenues dont Rapport d’activités INES 2013 33 6 en rapport avec les activités de l’INES : Xavier MOCH « Étude du comportement d'échangeurs compacts enterrés dans le proche sous-sol et de leur couplage à des bâtiments à haute efficacité énergétique », Yeweon KIM « Etude numérique et expérimentale d’une pompe à chaleur thermoélectrique innovante basée sur une conception intégrée et la technique du jet impactant », Zakaria MOUKITE « En quoi l'ingénierie peut-elle être une clé de pilotage de projets d'audits, de diagnostic du parc immobilier existant pour les décideurs maires des collectivités territoriales ? », Xiaofeng GUO « Intensification des transferts dans un mini-échangeur multicanaux multifonctionnels », Pierre Balthazar LECHENE « Conception, caractérisation et durée de vie de cellules photovoltaïques tandems » et Jeanne GOFFARD « Impact de la variabilité des données météorologiques sur une maison basse consommation. Application des analyses de sensibilité pour des entrées temporelles corrélées». Trois nouveaux enseignants-chercheurs ont intégré le LOCIE en 2013. Christian RUYER-QUIL, professeur et membre de l’Institut Universitaire de France, Olivier PLE, professeur en génie-civil et Simon ROUCHIER, maître de conférences en thermique énergétique viennent respectivement renforcer les compétences de l’unité en modélisation sur l’intensification des transferts, en analyse du comportement des structures, et en performance énergétique des bâtiments. Le LOCIE a participé et co-organisé avec le CEA et l’INES la conférence internationale « Building Simulation 2013 » (cf. page 17). Les journées ont été intenses, avec plus de 480 communications scientifiques présentées en 6 sessions parallèles, dédiées aux différents aspects de la simulation énergétique dans le bâtiment. En plus de sujets traditionnels - validation des modèles et des outils, représentations hygro-thermo-aérauliques du bâtiment…-, il convient de noter l'intérêt croissant pour les interactions usagers-bâtiment ainsi qu’à l’utilisation des méthodes d’analyse de sensibilité et d’incertitude. Une autre thématique de plus en plus préoccupante: la modélisation et la gestion de l'énergie à l'échelle du quartier. Les 25 et 26 mars, se sont tenues, à l’initiative du LOCIE, les premières journées « Enjeux scientifiques de la réhabilitation des bâtiments ». Elles ont réuni une quarantaine de chercheurs pour exposer les recherches menées sur le sujet dans les différents organismes concernés (laboratoires universitaires : CETHIL et LGCIE de Lyon, LaSIE de La Rochelle, LMDC de Toulouse, LaMI de Clermont-Ferrand ainsi que CSTB, CETE, CEA-INES, IFFSTAR). Les tables rondes qui concluaient les ateliers ont permis de rédiger une synthèse qui aidera à structurer les travaux pour les années à venir. Les journées se sont achevées par la visite commentée par la maîtrise d’œuvre (cabinet Paris) d’un chantier de réhabilitation en cours dans le cadre de la rénovation urbaine (projet ANRU) du quartier Franklin Roosevelt à Aix les Bains. Les tutelles (Université de Savoie et CNRS) ont visité le LOCIE à l’occasion du mi-parcours de l’Unité. Le comité était composé de M.Y. PERRIN, DAS sections 10/4, A. DOLLET, DAS Energie, C. ARGENTO, adjointe au délégué régional de la délégation Alpes du CNRS, D. VARASCHIN, de l’Université de Savoie, R. KOSSAKOWSKIi, Vice-président Recherche et K. HASSOUINI, Directeur Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux, UPR 3407 - PARIS 13. Le bilan des activités du laboratoire, l’évolution de sa structuration et de son projet scientifique ont été présentées. Le comité a pu apprécier la nouvelle dynamique du laboratoire et son effort continu de recentrage de ses activités de recherches. Rapport d’activités INES 2013 34 Le LOCIE a interagi avec trois laboratoires du CEA à l’INES en 2013 : le Laboratoire des systèmes Thermiques : 3 codirections de thèse (thèse de A. GONDA sur l’évaporation basse pression, thèse de X MOCH sur la Géothermie, et thèse de Amine LAZRAK sur la caractérisation des performances énergétiques des systèmes thermiques innovants pour le bâtiment au travers d'essais de courte durée en régime dynamique), 2 projets communs dont 1 ANR (ANR Prossis 2 sur le stockage intersaisonnier), 1 projet industriel (Contrat RYB). le Laboratoire Energétique du Bâtiment : 4 codirections thèses (thèse de J GOFFARD sur les incertitudes, thèse de Mickael RABOUILLE sur l’analyse multicritères pour la requalification du bâti, thèse de Anna-Maria STEPHANIOU sur le développement d’un outil d’évaluation de la performance énergétique des MEPOS et thèse de Guilian LEROUX sur l’analyse énergétique et exergétique du potentiel de rafraichissement solaire par procédés ouverts de type dessicant cooling et humidification directe et indirecte). 3 projets communs dont 2 projets ANR (ANR Hygrobat sur l’humidité dans le bâtiment, ANR Fiabilité sur la fiabilité des prévisions des performances énergétiques des bâtiments) et 1 projet FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique des bâtiments)). le Laboratoire des modules photovoltaïques. 2 codirections de thèse dans le cadre d’un projet APS (thèse de P.B. LECHENE et Guillaume SCHUCHARDT sur le PV organique). Le LOCIE a essentiellement interagi avec les centres de Grenoble et de Sofia Antipolis. 2 codirections de thèse (thèse de Clément BELLEUDY sur la modélisation des transferts d’air et leur impact sur le comportement hygrométrique des bâtiments et thèse de Mathieu THOREL sur l’optimisation des stratégies de réhabilitation énergétiques des bâtiments), 5 projets en commun dont 4 ANR (ANR Fiabilité sur la (simulation thermique et énergétique des bâtiments, ANR Hygrobat sur la conception hygro-thermique des bâtiments, ANR HUMIBATEX sur la prédiction des désordres causés par l'humidité et les solutions techniques pour rénover le bâti existant, ANR MOBAIR sur la maîtrise des transferts d’AIR et leur impact sur le comportement hygrothermique des Maisons à Ossature Bois) 1 projets FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique des bâtiments). Le LOCIE a accueilli Ian BEAUSOLEIL MORRISON de l’Université de Carlton, président de l’association IPBSA World, en tant que professeur invité pour une durée de 2 mois pour travailler sur la modélisation couplée des systèmes de stockage enterrés de chaleur sensible pour l’habitat. Certains laboratoires du CEA à l’INES sont associés à cet échange. La venue de Ian BEAUSOLEIL MORRISON s’inscrit également dans le cadre du congrès international Building Simulation 2013 du 25 au 28 aout 2013. Le laboratoire a également accueilli pour des séjours de plus courte durée les professeurs Ali MESSABHIA et Karim DEHINA d’Algérie et le professeur CHALONGRAT de Thaïlande pour travailler respectivement sur les problématiques de structure des bâtiments, de rafraîchissement en climats chauds et de conversion d’énergie. Rapport d’activités INES 2013 35 Marx CHHAY est parti 2 mois au Brésil dans le laboratoire SIEA en tant que professeur invité pour travailler sur les machines à absorption ammoniaque/eau pour les applications de rafraîchissement solaire. Amen AGBOSSOU a participé au programme international Franco-Thaïlandais PHC SIAM sur la récupération de micro-énergies. Clément BELLEUDY, doctorant, est parti travailler 6 mois à l’Université de Concordia de Montréal. Sur les problématiques d’étanchéité à l’air dans le cadre d’une bourse explora-doc. Ce travail a été réalisé en collaboration entre les laboratoires LOCIE et modules photovoltaïque du CEA à l’INES. Pour être viable économiquement, les cellules photovoltaïques organiques doivent dépasser 10 % de rendement et atteindre plusieurs milliers d’heures de durée de vie. Les cellules tandems constituent une voie probante d’augmentation des rendements. Ce travail de thèse a pour objectifs l’élaboration de cellules organiques tandems puis l’étude de leur fonctionnement et de leur vieillissement. Dans un premier temps, les paramètres gouvernant le rendement de cellules photovoltaïques organiques sont examinés sur le modèle de cellules simples à base de PCDTBT (polymère semi-conducteur). Des caractérisations s’appuyant sur la spectroscopie d’impédance mettent en valeur le rôle joué par chacune des couches constitutives de la cellule. Dans un deuxième temps, un protocole de fabrication des cellules tandems connectées en série est établi. Celui-ci traite successivement les trois points critiques pour l’efficacité des tandems : choix des polymères aux absorptions complémentaires, puis mise au point de la couche intermédiaire (CI) et enfin optimisation des épaisseurs. Une attention particulière est portée au fonctionnement de la CI. Pour optimiser les épaisseurs, un programme de simulation des phénomènes optiques est élaboré et ses prédictions comparées aux résultats expérimentaux. Enfin, le vieillissement des cellules simples et tandems est étudié sur des temps de plusieurs centaines ou milliers d’heures. Les diminutions de performances observées sont liées à la dégradation des couches d’interface tandis que la couche active semble stable. Les cellules tandems organiques présentent un fort potentiel pour l’obtention de rendements élevés et stables dans le temps. Cellules simples avant évaporation de la Caractéristiques d’une cellule tandem fraîche et vieillie cathode d’aluminium. A gauche, P2, à droite, 20 heures sous illumination PCDTBT Rapport d’activités INES 2013 36 Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, et l’optimisation d’un miniéchangeur multicanaux multifonctionnel qui peut être mis en œuvre dans le cadre de petites installations énergétiques. Une conception originale d’échangeur multifonctionnel, avec une géométrie interne multiéchelle, a été proposée dans un brevet (Module de circulation de fluide, FR 10 03054, WO/2012/010620). Les échangeurs étudiés durant cette thèse sont de conception multifonctionnelle, ils intègrent les fonctions d’échangeur de chaleur, de distributeur et de collecteur de fluide, de réacteurs tubulaires en parallèles et de mélangeur. Le travail a porté sur la compréhension des phénomènes régissant le mélange, et la distribution de temps de séjour (DTS) tout en prenant en compte l’importance des phénomènes thermiques et du transfert de chaleur global. La double approche expérimentale et numérique a permis de mettre en évidence et d’expliquer le fonctionnement particulier de ce nouveau type d’échangeur. Pour ce faire des structures tubulaires arborescentes permettant de répartir ou de réunir les fluides dans des canaux en parallèle ont été étudiées à l’aide de la simulation CFD, fabriquée par stéréo lithographié et étudiée expérimentalement. Les résultats obtenus montrent les bénéfices de ce système intégré avec sa distribution homogène des fluides, son mélange rapide, ses transferts intensifiés, ses faibles pertes de charge et sa capacité de la gestion thermique d’une réaction chimique. Les méthodes de caractérisations utilisées ou développées dans ce travail, qu’il s’agisse de la modélisation et de l’expérimentation, peuvent être appliquées pour d’autres équipements similaires. Évolution du temps de mélange avec le taux de dissipation énergétique (a) présente étude (b) résultats de la littérature Rapport d’activités INES 2013 37 Les travaux menés en parallèle dans le cadre de la thèse CIFRE de YEWEON Kim, financée par EDF R&D, et au cours du projet FUI SYSPACTE, impliquant les industriels ACOME et ANJOS, ont permis de proposer des architectures innovantes pour répondre aux besoins de chauffage dans un Bâtiment Basse Consommation (BBC) par la conversion thermoélectrique. Différentes configurations d’échangeurs ont été envisagées (jet impactant, ailettes, mini-canaux en parallèle) en fonction des fluides caloporteurs retenus (air ou eau). Le dimensionnement des modules thermoélectriques (nombre, dimensionnel et répartition) a également été optimisé à l’aide de modèles numériques pour un fonctionnement sur l’année. Le principal résultat issu de ces études porte sur le dimensionnement des modules thermoélectriques. Nous avons pu monter qu’un dimensionnement basé sur les conditions de la norme EN 145-111 tend à largement surestimer le nombre de modules thermoélectriques nécessaires à des performances saisonnières égales (de près de 40% pour un bâtiment BBC à Mâcon). Dimensionnement d’une pompe à chaleur thermoélectrique air/air à jets impactants Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR FIABILITE qui porte sur la fiabilité des logiciels de simulation thermique dynamique et plus particulièrement sur les sources potentielles de biais et d’incertitude dans le domaine de la modélisation thermique et énergétique des bâtiments basse consommation. Les sollicitations telles que les occupants, la météo ou encore les scénarios de consommation des usages font partie des entrées les plus incertaines et potentiellement les plus influentes sur les performances d’un bâtiment basse consommation. Il est nécessaire pour pouvoir garantir des performances de déterminer les dispersions de sortie associées à la variabilité des entrées temporelles et d’en déterminer les variables responsables pour mieux réduire leur variabilité ou encore concevoir le bâtiment de manière robuste. Pour répondre à cette problématique, on se base sur les indices de sensibilité de Sobol adaptés aux modèles complexes à grandes dimensions tels que les modèles de bâtiment pour la simulation thermique dynamique. La gestion des entrées fonctionnelles étant un verrou scientifique pour les méthodes d’analyse de sensibilité standard, une méthodologie originale a été développée dans le cadre de cette thèse afin de générer des échantillons compatibles avec l’estimation de la sensibilité. Bien que la méthode soit générique aux entrées fonctionnelles, elle a été validée dans ce travail de thèse pour le cas des données météorologiques et tout particulièrement à partir des fichiers météo moyens (TMY) utilisés en simulation thermique dynamique. Les deux aspects principaux de ce travail de développement résident dans la caractérisation de la variabilité des données météorologiques et dans la génération des échantillons permettant l’estimation de la sensibilité de chaque variable météorologique sur la dispersion des performances d’un bâtiment. A Rapport d’activités INES 2013 38 travers différents cas d’application dérivés du modèle thermique d’une maison basse consommation, la dispersion et les paramètres influents relatifs à la variabilité météorologique sont estimés. Les résultats révèlent un intervalle d’incertitude sur les besoins énergétiques de l’ordre de 20% à 95% de niveau de confiance, dominé par la température extérieure et le rayonnement direct. Evolution des indices de sensibilité en fonction du besoin de chauffage total horaire Indice de sensibilité principal sur le besoin de chauffage des deux zones et le besoin total Etude de triple-vitrages au mois de janvier Cette thèse de doctorat a été réalisée dans la cadre d’une thèse CIFRE avec la Société RYB en partenariat avec le CEA. Elle a eu pour objet l'étude d'échangeurs géothermiques hélicoïdaux implantés dans le proche sous-sol. Ces objets font partie de la famille des échangeurs géothermiques compacts, et sont une alternative aux sondes verticales et aux nappes horizontales plus couramment utilisées pour chauffer et rafraîchir des bâtiments (géothermie sèche, très basse enthalpie). L'étude à la fois théorique et expérimentale de ces échangeurs mène à différents modèles, numériques comme analytiques, permettant de prévoir le comportement en température du sous-sol comme du fluide caloporteur. Différents modèles de corbeilles géothermiques ont été comparés : le modèle en anneaux superposés, le modèle en cylindre creux, et le modèle 1D axisymétrique. La pertinence de leur emploi a été vérifiée en comparant des résultats de simulation : d'abord entre ces modèles, puis en utilisant les réponses d'un modèle réputé fiable, et enfin en confrontant aux résultats du site expérimental. Malgré l'incertitude sur les valeurs thermiques à donner au terrain, cette confrontation a montré que tous les phénomènes rencontrés pouvaient être décrits correctement. Chaque modèle présente des avantages et des inconvénients qui lui sont propres, de sorte que le choix du modèle utilisé devrait dépendre du type d'étude menée. Le modèle en cylindre creux semble être le mieux adapté pour mener des études d'ordre général sur les échangeurs hélicoïdaux, dans la mesure où il est facile à utiliser, rapide d'exécution, et ne repose pas sur des valeurs empiriques (contrairement au modèle 1D - axisymétrique). A partir de ce modèle en cylindre creux, une étude numérique portant sur le rôle des grandeurs géométriques et thermiques en présence a été réalisée. Il est notable que le pas entre les spires semble avoir un faible impact thermique sur les températures du sous-sol ; mais il est nécessaire de prendre en compte cette grandeur, ou de manière équivalente la longueur de l'hélice, lorsque l'on revient aux températures du fluide caloporteur. En effet, la résistance thermique qui existe entre le fluide caloporteur et le sol au contact de la corbeille dépend du choix du pas, et ne devrait pas être négligée lors des dimensionnements. Une modélisation analytique a été menée. Cette modélisation aboutit à des formulations mathématiques directement exploitables par ordinateur, sans nécessiter de recours à des logiciels fonctionnant par Rapport d’activités INES 2013 39 éléments finis. Bien qu'elle ne puisse pas prendre en compte l'effet lié au gel de l'eau, cette modélisation mathématique permet de d’analyser le rôle des différents paramètres à l'exception de la fraction d'eau susceptible de geler dans le sous-sol. Un résultat notable porte sur le rôle du facteur de forme H / R pour comparer différentes géométries de corbeilles géothermiques, et sur le rôle de l'effusivité thermique du terrain d'installation pour décrire les comportements thermiques courts comme les cycles de fonctionnement de la pompe à chaleur. Cette théorie conduit encore à une adaptation du test de réponse thermique aux échangeurs hélicoïdaux, réalisable en une demi-journée, et permet aussi de justifier l'emploi des puissances géothermiques moyennes plutôt que d’écrire chaque cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur. Grace à cette théorie, nous justifions également les recommandations sur la géométrie à donner aux échangeurs. Nous proposons en particulier l'utilisation de profils non lisses pour les tubes, afin de diminuer la résistance thermique de l'écoulement. Les éléments à prendre en compte lors du dimensionnement d'une installation ont été identifiés. Des développements logiciels à même d'aider à la réalisation de tels dimensionnements ont été développés. Les modèles de bâtiment restant simples, il est apparu nécessaire de réaliser un module sous TRNSYS pour pouvoir coupler nos résultats à ceux issus de modélisations plus fines du bâtiment, et pouvoir ainsi étendre les possibilités d'étude, comme l'emploi de tels échangeurs pour effectuer du free-cooling. Représentation 3D d'une corbeille Evolution de la température retour d’eau glycolée selon la teneur en eau du terrain Le travail de recherche s’articule ces dernières années autour de la mise en œuvre de l’analyse d’impédance sur des cellules photovoltaïques organiques et sur des biopiles à combustible. Initiées sur les cellules simples optimisées d’architectures standard et inverse avec le nanocomposite P3H:PCBM, les analyses d’impédance ont permis la caractérisation fine des paramètres électriques et la maîtrise de la simulation par circuits équivalents. L’étude s’est poursuivie avec des cellules de PCDTBT et PBDTTTC, polymères complémentaires par leur domaine d’absorption du spectre solaire, dans le but de comprendre le fonctionnement de la couche intermédiaire dont l’optimisation est nécessaire pour la fabrication de cellules tandems efficaces. Du côté des biopiles à combustible, les mesures d’impédance et les simulations ont permis de discriminer les phénomènes électrochimiques anodiques et cathodiques pour une cellule avec un nouveau type d’anode à mousse poreuse de carbone, caractérisation qui a été ensuite précisée par une analyse multifactorielle originale. L’usage d’une électrode poreuse a pour perspective la construction de piles à flux traversant, dont un premier prototype prometteur a été réalisé et caractérisé. Le parcours scientifique ayant conduit à ces activités récentes est aussi présenté, des cellules photoélectrochimiques à base de phthalocyanine et du dépôt à courte distance de ZnSe, aux Rapport d’activités INES 2013 40 analyses par spectrométrie diélectrique des relaxations interfaciales dans les polymères semi-cristallins et les composites particulaires. -Z’’(W) R-CPE R-C hf bf Rs mobilité recombinaison Z (W) Spectre d’impédance Circuits équivalents Application de la spectrométrie d’impédance à l’étude des cellules photovoltaïques organiques L’année 2014 sera l’année de l’intégration au bâtiment Helios, qui sera propice au renforcement de la dynamique avec les laboratoires partenaires de l’INES. Rapport d’activités INES 2013 41 Le Laboratoire d'Electrochimie et de Physicochimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI) regroupe environ 70 chercheurs et enseignants-chercheurs. Ses domaines de compétences s’articulent autour de trois thèmes : l'énergie, l'environnement et la micro/nano technologie. Ces thèmes sont actuellement développés au sein de six équipes structurées autour de moyens et problématiques communes. Le LEPMI est impliqué dans divers pôles de compétitivités: TENERRDIS dans le domaine de l'énergie, AXELERA pour les nouveaux matériaux, PLASTIPOLIS pour la mise en œuvre des polymères et MINALOGIC sur le thème des puces électroniques miniaturisées, ainsi que dans l'Institut Carnot "Energies du Futur". Il participe à la fédération CNRS FédESol et au réseau NANORGASOL. L'excellence de ces activités de recherche a été reconnue récemment au travers de son implication dans le Laboratoire d'Excellence CEMAM. L'équipe Matériaux Organiques à Propriétés Spécifiques (LMOPS), localisée sur le site de Savoie Technolac, a rejoint le LEPMI le 1er Janvier 2011. Les travaux de recherche qui sont développés au sein de cette équipe sont centrés sur la conception et la synthèse de polymères à propriétés spécifiques, la compréhension des relations entre architecture multiéchelles et propriétés physiques des systèmes polymères ainsi que sur les mécanismes régissant leur comportement à long terme, le développement d’outils d’analyse innovants (relaxométrie, spectroscopie d’annihilation des positons), et la modélisation multiéchelles des propriétés des matériaux basés sur l’architecture réelle. Ces divers outils sont mis au service des secteurs d'application ou de valorisation suivants : les énergies renouvelables (piles à combustible, cellules solaires photovoltaïques organiques, stockage de l'énergie), l'environnement (capture du CO2) et la microélectronique. Au cours de l'année 2013, l'équipe LEPMI/LMOPS a publié 12 articles dans des revues internationales à comité de lecture, 2 brevets et une quinzaine de communications lors de congrès scientifiques internationaux. Les activités de recherche développées au sein du LEPMI/LMOPS sur le photovoltaïque concernent à la fois les matériaux photoactifs et les matériaux d’encapsulation. Les matériaux actifs développés visent une application en cellules solaires dites de « troisième génération » : organiques et hybrides. Les matériaux d’encapsulation étudiés sont quant à eux destinés aux cellules photovoltaïques souples, cellesci pouvant être organiques ou inorganiques. La figure suivante présente les différents axes de recherche développés, ainsi que leur stratégie d’action. Rapport d’activités INES 2013 42 Stratégie des actions de recherche menées au sein du LEPMI / LMOPS sur la thématique « photovoltaïque» : cellules inorganiques, organiques et hybrides L’activité du laboratoire dans ce domaine de recherche est centrée autour du développement de nouveaux matériaux et de leur mise en œuvre. L’objectif est d’améliorer les performances des cellules solaires organiques en jouant à la fois sur les propriétés intrinsèques des matériaux (absorption, mobilité …) et sur la morphologie de la couche active (organisation multi-échelle). Les paragraphes suivants présentent les voies d’investigation principales développées au laboratoire dans le contexte des cellules OPV. a) Nature des matériaux photoactifs : « propriétés intrinsèques+morphologie » En suivant une stratégie d’ingénierie du gap 4 énergétique basée sur l’alternance de deux types de groupements hétérocycliques aromatiques (motifs riches et pauvres en électrons), le laboratoire développe de nouveaux matériaux donneurs d’électrons. En modifiant les blocs aromatiques incorporés, il est possible de moduler le gap, la conductivité, la solubilité ou encore la stabilité et la morphologie du matériau photo-actif. Dans ce cadre, plusieurs actions ont pu être menées : - Amélioration de la solubilité des polymères à faible gap : L’objectif à atteindre est de pouvoir à la fois obtenir de hauts poids moléculaires (augmentation de la mobilité et diminution du gap), ainsi que d'obtenir une bonne compatibilité avec les procédés de dépôt par voie solvant (spin-coating, impression jet d'encre, roll to roll). La première approche adoptée au laboratoire a consisté à remplacer le motif benzothiadiazole largement employé par un motif proche et peu exploité dans le cadre des polymères à faible gap, le benzotriazole. Cette modification chimique a l’avantage d’apporter une grande solubilité tout en ne nuisant pas à la planéité du polymère, favorisant une bonne mobilité des charges dans le matériau. Une seconde approche optimisant les niveaux énergétiques tout en apportant une solubilité supplémentaire est actuellement à l’étude. - Ajustement des niveaux énergétiques : la stratégie choisie consiste à améliorer les propriétés d’usage d’un polymère à faible gap récemment développé dans la littérature et présentant de bonnes performances photovoltaïques. L’approche proposée consiste à substituer le motif électro-déficient (benzothiadiazole hydrogéné) par un motif benzothiadiazole fluoré. Celui-ci est ensuite couplé avec le dithiénosilole, motif riche en électrons, afin de réduire le gap effectif du polymère. Cette modification a permis l’amélioration de l’absorption dans l’UV-visible et l’ajustement des niveaux énergétiques HOMO/LUMO avec ceux du matériau accepteur fullerène, tout en favorisant l’empilement dans le 4 Énergie nécessaire pour amener un électron entre deux bandes de la cellule Rapport d’activités INES 2013 43 matériau grâce aux interactions électrostatiques apportées par le fluor. La combinaison de ces effets assure un fonctionnement plus efficace du dispositif photovoltaïque. - Matériaux à gap optique modulable : la possibilité de disposer d’une gamme de matériaux compatibles et présentant une valeur de gap modulable afin de couvrir l’ensemble du spectre solaire parait une voie d’avenir pour le développement des cellules solaires organiques. En effet, l'une des voies permettant d'augmenter les performances OPV consiste à réduire le gap du matériau donneur. Néanmoins, la diminution du gap optique implique un décalage du spectre d'absorption vers les plus grandes longueurs d'ondes et une partie du spectre solaire correspondant aux plus faibles longueurs d'ondes se retrouve non ou mal couverte par les matériaux polymères existants dits ‘faible gap’. Ainsi, la conception d'une série de copolymères ð-conjugués est en cours de réalisation. Celle-ci devrait permettre de moduler les niveaux d'énergie HOMO et LUMO et ainsi élargir la gamme d'absorption UV-visible. b) Organisation de la couche active « morphologie+stabilité » Le laboratoire s’intéresse à deux approches différentes permettant d’améliorer la nano-structuration de la couche active d’une cellule OPV, ceci afin d’augmenter les interactions entre les matériaux donneur et accepteur et donc l’efficacité photovoltaïque. - Synthèse de matériaux compatibilisants : l’objectif est de synthétiser par voie chimique un matériau améliorant la miscibilité entre les deux matériaux qui composent la couche active des cellules solaires organiques. Il a été choisi de s’intéresser au système de référence le plus optimisé actuellement : le poly3-hexylthiophène (P3HT) en tant que matériau donneur et un dérivé du fullerène C60 (le PCBM) comme matériau accepteur. Divers copolymères ont été élaborés et testés en cellules photovoltaïques dans diverses conditions de dépôt et de recuit, afin d’étudier leurs influences sur l’organisation de la couche active. - Mise en œuvre par extrusion : des polymères photoactifs extrudables (accepteurs et donneurs d’électrons) ont été synthétisés afin de réaliser une nano-organisation encore plus poussée du matériau en utilisant un nouveau procédé d’extrusion : amélioration des performances et utilisation d’un procédé innovant. L’objectif de ce projet consiste à mettre en forme la couche active (responsable de l’absorption de la lumière et de la génération des charges) sous forme de nano-multicouches. Le procédé utilisé, développé par le professeur E. BAER (Case Western Reserve University), consiste dans un premier temps à former une bicouche d’épaisseur de l’ordre du millimètre, puis dans un deuxième temps à dupliquer la bicouche par le biais d’un système de découpage approprié permettant de découper, multiplier et de superposer les couches (des deux polymères donneur et accepteur). Un film constitué de 1024 couches alternées accepteur/donneur a été réalisé avec succès, et la caractérisation de ces propriétés photovoltaïques est en cours d’optimisation. L’industrie du photovoltaïque connait depuis plusieurs années une croissance forte marquée par la prépondérance de cellules solaires de première génération employant du silicium massif et de seconde génération faisant usage de couches minces réalisées essentiellement à base de semi-conducteurs inorganiques à gap direct (CIGS par exemple). Toutefois, afin que le photovoltaïque demeure compétitif, le coût d’une cellule solaire doit continuer à diminuer tout en augmentant son rendement. C’est dans le cadre de ce contexte que les cellules solaires photovoltaïques hybrides à base de composites organique/inorganique sont développées. Ces cellules présentent à la fois les qualités des matériaux organiques comme la souplesse, la légèreté, la facilité de mise en forme, et le faible coût ; et les qualités des matériaux inorganiques comme la mobilité élevée des porteurs de charges et la stabilité chimique. Ce projet a été lancé par le Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) en collaboration avec les laboratoires SiMAP (Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés) et le LEPMI dans le cadre du Centre d'Excellence sur les Matériaux Architecturés Multifonctionnels. L’objectif est de Rapport d’activités INES 2013 44 développer des couches actives à architecture radiale contrôlée de type cœur-coquille à base de nanofils de ZnO (accepteur d’électrons) organisés, alignés verticalement et espacés périodiquement en tant que cœur recouverts d’un matériau absorbeur innovant qui sera sélectionné de manière pertinente. Pour la réalisation des dispositifs photovoltaïques à hétérojonction accepteur/donneur, plusieurs polymères π-conjugués seront envisagés et employés comme matériaux donneurs d’électrons. Au-delà de l’intérêt que possède cette architecture radiale pour le domaine photovoltaïque, il est aussi important de remarquer que d’autres domaines d’applications peuvent être envisagés comme l’éclairage (diodes électroluminescentes) ou la détection. La durée de vie des panneaux photovoltaïques inorganiques dans des conditions standards d’utilisation est d’environ 30 ans (et moins pour les modules à base de matériaux photoactifs organiques). Pendant cette période, tous les composants du module : matériaux d’encapsulation, cellule solaire et conducteurs métalliques, sont soumis aux conditions de vieillissement naturel. Par conséquent, l’activité photovoltaïque, les propriétés optiques et structurelles peuvent être dégradées. Pour obtenir un bon compromis coût/performance, de nouvelles technologies à base de matériaux organiques ont récemment été développées pour l’encapsulation de cellules organiques ou inorganiques souples. Quel que soit le type de cellules (inorganiques ou organiques), un des facteurs limitant l’utilisation de ces panneaux souples et même leur développement à grande échelle est la durée de vie limitée des matériaux organiques utilisés pour l'encapsulation. L’objectif est d’étudier la dégradation des parties organiques des panneaux photovoltaïques en conditions naturelles ou accélérées de vieillissement. Dans le cadre d’un projet industriel en collaboration avec EDF, une première étude a été menée sur le suivi de dégradation de systèmes d’encapsulation de panneaux photovoltaïques silicium souples. La complémentarité de deux nouvelles techniques disponibles au laboratoire : les microscopies Infra-Rouge et Raman, a montré beaucoup d’intérêt en particulier pour l’étude de la structure du système d’encapsulation et de son évolution au cours du vieillissement. Le dernier verrou à l’émergence sur le marché de dispositifs photovoltaïques organiques est leur faible résistance aux contraintes environnementales et en particulier aux actions combinées de l’eau, de l’oxygène et du rayonnement solaire. Afin d’obtenir des cellules organiques sur substrats flexibles possédant une durée de vie d’au moins 5000 heures, il est indispensable de développer des matériaux qui fassent une barrière à l’eau et à l’oxygène, transparents dans le visible, flexibles, bas coût et technologiquement transférables sur de grandes surfaces. Les solutions d’encapsulation souples et transparentes proposées à ce jour, polymère seul ou dépôts inorganiques simples, ne répondent pas aux requis barrières des cellules organiques. L'objectif est donc de réaliser des structures ultra-barrières organique/inorganique par voie humide et basse température, procédé compatible avec la filière solaire organique bas coût, et d’améliorer la connaissance des mécanismes de transport de l’eau et de l’oxygène dans ces structures complexes. Dans ce but, des structures multicouches alternant couches denses, réalisées à partir d’un précurseur inorganique, et couches polymères, réalisées par voie solvant ou polymérisation in-situ, ont été déposées sur un substrat polymère. L’approche choisie pour la réalisation de ce matériau se différencie des méthodes de mise en œuvre usuelles en ce que le dépôt de chacune des couches est effectué par voie humide. En effet, ces procédés de dépôt sont plus compatibles avec une application à grande échelle que les méthodes usuelles tel le dépôt par voie plasma. 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C’est aussi un levier indispensable pour diffuser les bonnes pratiques à tous les niveaux des filières de l’énergie solaire et de l’efficacité énergétique. La vocation et l’ambition de la formation à l’INES sont de transférer les innovations issues de la recherche vers la pratique professionnelle dans le but de concevoir et réaliser des bâtiments plus performants, intégrant l’énergie solaire. L’activité de formation, opérée en 2013 par la plateforme, s’organise autour d’axes d’intervention complémentaires. Les chiffres clés de la formation en 2013 82 sessions de formation ont été organisées (82 en 2012) ………………………………. 726 stagiaires ont été accueillis (927 en 2012)…………………………………………….. Lors de 410 journées de formation (450 en 2012)…………………………………………. Représentant 18 499 heures/stagiaires (27 130 en 2012)………………………………… 45 sessions interentreprises ont été organisées (50 en 2012)…………………………… Ainsi que 37 sessions intra entreprise (32 en 2012)……………………………………….. Les formations inter entreprises proposées par la plateforme sont issues des compétences internes et des compétences de la plateforme Recherche & Innovation. Elles concernent donc les thématiques solaire thermique, solaire photovoltaïque et énergétique bâtiment. Avec un catalogue proposant près de 60 modules de formation, elles s’adressent à tous les acteurs de la filière : décideurs, prescripteurs, concepteurs, maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre, opérationnels de terrain tels que les installateurs, mainteneurs… Le calendrier 2013 a permis d’organiser 45 sessions de formation et d’accueillir à l’INES ou sur des plateaux techniques 215 stagiaires qui ont pu partager leur expérience : 2 sessions « performance énergétique du bâtiment » : 15 stagiaires 17 sessions « solaire thermique » : 70 stagiaires 23 sessions « solaire photovoltaïque » : 109 stagiaires 2 sessions « chauffagiste solaire » : 16 stagiaires 1 session CQP « installateur mainteneur en systèmes solaires » : 5 stagiaires Rapport d’activités INES 2013 50 En 2013, la plateforme a travaillé de concert avec une vingtaine de partenaires afin de pouvoir proposer à leurs collaborateurs des programmes de formation intra entreprise définis en fonction d’un cahier des charges précis : Saunier Duval, CEA, Habitat & Territoires, Armor, Pluralis, GDF Suez, Archiform, ASDER, CCCA BTP, Education Nationale, Armines, Région Rhône Alpes, CFA, Qualit’Enr… C’est ainsi que 37 programmes de formation ont été réalisés et 511 stagiaires formé à l’INES, sur nos plateaux techniques, dans les entreprises ou encore dans les lycées et universités. La plateforme Formation & Évaluation est sollicitée par l’Université de Savoie depuis 2008 pour un appui à l’unité de formation SFA (Sciences Fondamentales et Appliquées) qui délivre une licence professionnelle IDI – Innovation et Développement Industriel. Elle propose ainsi à des PME/PMI des jeunes titulaires de DUT GTE Génie Thermique Energie, BTS FEE Fluides Energie Environnement, BTS Electrotechnique, Domotique, en alternance sous contrat de professionnalisation. Les entreprises d’accueil confient aux stagiaires de la licence des projets innovants. La conduite de ces projets et leur réalisation avec l’entreprise sont complétées par des enseignements de spécialisation dispensés par l’Université de Savoie, en management de projet et innovation, et par la Plateforme Formation & Évaluation, en conception et suivi de projets solaires et en énergétique du bâtiment. En 2013, 4 jeunes ont été accompagnés vers la licence dont un a été embauché par son entreprise d’accueil et depuis la rentrée 2013, un jeune en alternance est e,cadré par la plateforme avec l’entreprise Barbalat. La formation de formateurs est une priorité de la plateforme Formation & Évaluation. Par ce positionnement, la plateforme revendique le rôle de partenaire privilégié des acteurs de formation tant au sein de cycle de formation initiale dans des lycées d’enseignement secondaire que pour le réseau des Centres de Formation des Apprentis (CFA). Dans le cadre de son développement international et au sein du programme européen « Flexy Energy », la plateforme accompagne la montée en compétences, dans le domaine du solaire photovoltaïque, les formateurs de l’Institut International de l’Eau et l’Environnement (2IE) du Burkina Faso. Le partenariat installé depuis 2006 avec l’Education Nationale (inspection générale chargée de l’enseignement technologique) s’est poursuivi et renforcé au cours de cette année en particulier sur le domaine de la performance énergétique du bâtiment. Trois sessions ont été programmées en direction des enseignants de lycées technologiques pour continuer l’accompagnement de la mise en place des filières Sciences et Technologies de l’Ingénieur de Développement Durable (STI2D). Dans le cadre d’une collaboration avec l’Académie de Grenoble, Serge Le Thérizien, enseignant de l’Education Nationale, a été détaché sur la plateforme pour réaliser, à partir des données de suivi de performances énergétiques de l’Armadillo Box, différentes études de cas pour le référentiel de la formation STI2D. Rapport d’activités INES 2013 51 Ce suivi ainsi que les études de cas sont d’ores et déjà en ligne sur le site d’e-learning de la plateforme. La collaboration avec le réseau 3CA BTP et plus particulièrement le CFA des 2 Savoie est entré dans sa troisième année. La session de formation des formateurs de ce réseau national co-animé par le CFA des 2 Savoie et la plateforme a recueilli cette année encore un franc succès. Ce sont 88 formateurs venus de toute la France, qui se sont formés aux enjeux de la performance énergétique du bâtiment à travers des travaux pratiques d’infiltrométrie et des visites de démonstrateurs. La plateforme Formation & Évaluation est partenaire du programme européen « Flexy-Energy ». Ce programme consiste à développer une alternative énergétique d’origine solaire aux groupes électrogènes actuellement utilisés au Burkina Faso pour soutenir la demande d’énergie électrique. Il est constitué d’un volet recherche et développement porté en particulier par les équipes du CEA à l’INES, et d’un volet formation dont la partie professionnelle est assurée par la plateforme Formation & Évaluation. Afin de faciliter la mise en œuvre des actions de formations, une cinquantaine de supports numériques pédagogiques ont déjà été réalisés et seront disponibles sur le site d’e-learning de la plateforme à destination des formateurs du 2IE. Le plateau technique solaire thermique, installé sur le site de la Ravoire, a accueilli cette année les sessions de mise en œuvre des formations longues (CQP, Chauffagistes) ainsi que plusieurs sessions de formations courtes (QualiSol). Il a aussi été utilisé en complément de plusieurs formations théoriques pour des applications pratiques en direction des bureaux d’études, des maîtres d'ouvrage, des exploitants et des installateurs. La plateforme a aussi été mise à disposition d'organismes partenaires comme l’Espace Info Energie de Savoie (Asder) ou l’Université de Savoie. Rapport d’activités INES 2013 52 La diversité du matériel à disposition des stagiaires permet d'aborder la totalité des problématiques dans le domaine du solaire thermique : CESI, SSC, ECS collective, échangeur à plaques, régulation, équilibrage, systèmes de suivi. Ce matériel est régulièrement renouvelé par des achats ou des donations. Des maquettes spécifiques ont été développées pour des travaux pratiques d'hydraulique (pertes de charge, hauteur manométrique, circulateurs, …) et de thermique (stratification, régulation de chauffage, expansion, …). Toutes ces installations et maquettes sont régulièrement remises en état. Cette année, l’accueil de Wassim Azib, chargé de maintenance en alternance, nous a permis de répertorier et de documenter l’ensemble de ces installations et maquettes afin de répondre toujours mieux aux attentes de nos partenaires. Le second plateau technique du site de la Ravoire adresse le domaine du solaire photovoltaïque. Cet environnement dispose d’un ensemble d’équipements permettant d’adresser toutes les formations pratiques dans le domaine des systèmes photovoltaïques ; que ce soit en site isolé ou en mode raccordé réseau. Sur l’année 2013, de nouveaux équipements, qui ont trait au domaine de l’autoconsommation, ont été installés. Cette nouvelle manière de concevoir la production électrique d’origine photovoltaique vise à mettre en adéquation la production d’origine photovoltaïque et les besoins d’énergie électrique en y associant ou non un stockage. Cette évolution dans la gestion de l’énergie limite les apports et les renvois d’énergie sur le reseau de distribution. Le projet de fin d’études de Chloé NICOLAS a permis de faire évoluer l’instrumentation de ce prototype conçu et financé initialement pour la compétition internationale su Solar Decathlon. Désormais, ses performances énergétiques peuvent être suivies en temps réel via le site d’@learning de la plateforme. Ces relevés expérimentaux sont mis à la disposition des enseignants des lycées techniques afin de leur permettre de concrétiser leur enseignement théorique. Les données telles que les échanges d’air réalisés par la VMC double flux, la température, l’humidité, la position des stores, la production photovoltaïque et la consommation électrique sont actualisées et mises en ligne en permanence. Rapport d’activités INES 2013 53 Le démarrage de création de la plateforme « PRAXIBAT » a été effectué au cours du quatrième trimestre de cette année. En partenariat avec le CFA des 2 Savoie et le lycée du Nivolet, la plateforme Formation & Évaluation a déposé auprès de la Région Rhône Alpes, ce projet de création. Les travaux sur le site de Saint Alban en Leysse ont rapidement débuté. Cette plateforme, qui sera livrée à la fin de premier semestre 2014, permettra d’effectuer des formations pratiques dans le domaine de l’efficacité énergétique du bâtiment et plus spécifiquement sur les thèmes de l’étanchéité à l’air et de la ventilation afin de diffuser une bonne pratique du geste. Le lancement du site d’e-learning a été effectué au cours de cette année. Le recrutement d’un responsable Rich Média permettra de concrétiser cette démarche dès le début de l’année 2014. La plateforme se dote ainsi d’un outil d’enseignement à distance qui va permettre à un public éloigné et/ou empêché de suivre de manière plus souple des sessions de formation. Cette démarche de formation « hybride » se construit à façon et couple des temps de formation à distance avec mise à disposition de ressources pédagogiques numériques dédiées, et de temps en présence en particulier au sein de nos plateaux techniques. Tout au long de ces formations, un formateur référent assure le suivi de l’apprenant et le guide en fonction des difficultés rencontrées. Les premières sessions de formation « hybrides » programmées sur 2014 vont concerner les sessions de formations de formateurs de l’Agence Nationale de la Maitrise de l’Energie (ANME) à Tunis et de l’Education Nationale, mais aussi les professionnels de la maintenance des systèmes solaires thermiques collectifs et les Services Départementaux d’Incendie et de Secours (SDIS). Pour ces derniers, il s’agit d’une formation en direction des sapeurs-pompiers sur la « Sécurité des personnes lors des interventions sur les installations photovoltaïques ». Grâce à différents programmes d’instrumentation, la Plateforme Formation & Évaluation de l’INES collecte et capitalise des données au sein d’un observatoire de suivi des installations. Cette mission d’évaluation a un double objectif. Le premier est d’assurer auprès des particuliers ou des gestionnaires d’installations un suivi personnalisé qui vise à optimiser la production d’énergie ou à optimiser l’efficacité énergétique des bâtiments. Le second objectif poursuivi est de contribuer à une amélioration globale de la connaissance du fonctionnement des installations solaires, au bénéfice de toute la filière. Ces projets portent sur les chauffe-eau solaires et sur les systèmes solaires combinés. Depuis 2012, la plateforme a étendu son action au suivi global de bâtiments. Ces projets permettent aux maîtres d’ouvrage, fabricants ou installateurs de s’appuyer sur des références en matière de performance des équipements solaires et désormais de bâtiments à énergie positive. Rapport d’activités INES 2013 54 Pour assurer sa pérennité, la filière solaire thermique doit être accompagnée d’une démarche qualité. Le suivi dans la durée des installations solaires de production d’eau chaude en est un aspect essentiel. Conscients de cette nécessité, l’ADEME, la Région Rhône-Alpes et le Conseil Général de la Savoie soutiennent depuis 2007 le dispositif TélésuiWeb, en complément de l’aide accordée aux maîtres d’ouvrage pour la réalisation de l’installation. Déployé par la Plateforme Formation & Évaluation en région Rhône-Alpes puis en région LanguedocRoussillon, TélésuiWeb permet de contrôler le bon fonctionnement des installations solaires de production d'eau chaude, et comporte ainsi plusieurs objectifs : pour le maître d'ouvrage, permettre un suivi personnalisé à moindre coût, pour l’exploitant, adapter son niveau de maintenance aux résultats du suivi et ainsi optimiser le temps à passer sur chaque installation, au plan collectif, constituer une base de données du fonctionnement réel des installations, permettant d'accéder à des valeurs globales fiables d'économie d'énergie et de réduction des émissions de gaz à effet de serre, transmettre des résultats précieux pour les différents acteurs de la filière. Les compteurs installés permettent de mesurer l’énergie solaire utile. Les calculs permettent ensuite une comparaison avec l’énergie solaire utile théorique, simulée mois par mois avec la méthode Solo, en fonction des caractéristiques de l’installation, des besoins en eau chaude réels et de l’ensoleillement réel à la station météorologique la plus proche. Actuellement plus de 400 installations bénéficient de cette démarche, avec pour la majorité d’entre elles un engagement réciproque entre l’INES et le maître d’ouvrage sur 5 ans. Sur l’année 2013, on peut noter que : Les moyens ont été concentrés sur les installations collectives. Le développement d’une nouvelle version du site Internet a débuté. L’ergonomie et les fonctionnalités seront améliorées, certaines tâches récurrentes automatisées, et l’analyse sectorielle des données facilitée. Un effort a été porté sur la communication liée à TélésuiWeb et/ou ses résultats lors d’événements ciblés (Salon des Energies Renouvelables, Congrès USH, …) et des groupes de travail nationaux (SOCOL, RAGE, Qualit’Enr). Le volume des contrats de suivi « privés » a pris une part plus importante dans le budget de l’opération. Sur l’année 2013, deux prestations complémentaires ont été mises en place pour les installations solaires collectives de production d’eau chaude : Pour les installations existantes : diagnostic de fonctionnement exhaustif comprenant une visite sur place et la production d’un rapport avec des préconisations hiérarchisées d’actions correctives. Pour les installations à venir : assistance à maîtrise d’ouvrage comprenant l’analyse des pièces techniques du bureau d’études pour résoudre les éventuels problèmes de conception avant la consultation des entreprises. Pour l’une comme pour l’autre, l’objectif est d’aboutir à un suivi TélésuiWeb dans la durée. Rapport d’activités INES 2013 55 Des conventions avec des bailleurs sociaux ou des exploitants ont permis de traiter des parcs d’installations conséquents : plus d’une centaine de diagnostics de fonctionnement ont ainsi été réalisés. Le programme CESI optimisés - CRIGEN a démarré en 2012. Son objectif est de tester sur des maisons respectant la Réglementation Thermique RT2012, des CESI optimisés pour le marché de la petite maison individuelle neuve avant même leur mise en place. Ce travail est réalisé à la demande du centre de recherche de GdF-Suez pour le compte de GrdF qui accompagne les fabricants de matériel solaire dans le but de développer l’offre solaire+gaz pour le marché des constructeurs de maisons individuelles. Le suivi totalise fin 2013 une année de données pour les 4 maisons instrumentées et continuera jusqu’à l’automne 2014. En attendant d’être complétées par les résultats définitifs, les conclusions de cette année de suivi apportent déjà une caractérisation détaillée du fonctionnement et des performances d’un système qui pourrait être de plus en plus plébiscité dans l’habitat individuel neuf. Au cours de l’année 2013, la plateforme s’est engagée dans le projet SySTEff sur les Systèmes Solaires Combinés. Dans ce projet initié en 2012, la Plateforme Formation & Évaluation a la charge du suivi de SSC développé dans le volet recherche du projet. Le but de ces suivis in-situ est dans un premier temps d’établir une référence avec les produits actuels de VIESSMANN ; puis d’évaluer l’amélioration de cette performance avec le nouveau produit issu de la recherche. Fin 2013, les systèmes de 5 maisons individuelles ont été instrumentés pour être suivis durant deux années. A ces 5 sites s’ajouteront ultérieurement au moins 4 autres installations, lesquelles complèteront la répartition géographique et le panel de configurations hétérogènes des systèmes instrumentés. Le second projet SOLISART a débuté en 2011. Il vise à accompagner le démarrage d'un nouveau constructeur savoyard et a pour objectif de : Mesurer la performance de 10 SSC représentatifs de climats et besoins variés. Concevoir une variante du logiciel CASSS’C basée sur les résultats de mesure de ces suivis. Valoriser un précédent projet de la plateforme Formation & Évaluation (DOMECOMETRE) en modifiant et en utilisant le matériel de télé contrôle conçu pendant ce projet, en commun avec le CEA et la société MIQRO. Ce projet se terminera en mai 2014. Fin 2013, le recueil de données a d’ores et déjà permis de créer une nouvelle version de l’outil de Calcul Simplifié Systèmes Solaires Combinés dédiés à la gamme de produits de la société SOLISART et de communiquer de manière provisoire sur le niveau de performance mesuré. Le projet EMERGENCE de l’ADEME vise à soutenir le développement d’une filière de climatisation et chauffage solaires. Dans ce cadre, l’ADEME a lancé en 2012 un appel d’offres afin de faire suivre les Rapport d’activités INES 2013 56 installations lauréates par un organisme indépendant. L’INES a remporté cet appel d’offres, avec pour chef de file la Plateforme Formation & Évaluation et le CEA comme sous-traitant. Fin 2013, nous avons démarré le suivi des 3 installations lauréates déjà en service ; la 4e est en cours de chantier et démarrera au printemps 2014. Les premiers mois de suivi ont permis de communiquer sur les premiers résultats lors du salon Energaïa à l’automne 2013. De nombreux acteurs assurent le suivi des installations photovoltaïques comme l’Espace Info Energie de Lyon (HESPUL) ou le Département des Technologies Solaires (CEA-LITEN) pour ce qui est des installations au sol. La plateforme Formation & Évaluation de l’INES a choisi de s’intéresser au suivi des installations qui privilégient l’autoconsommation. Pour ces dernières, il s’agit non seulement de suivre la production mais aussi de gérer aux mieux les consommations d’électricité et ceci sans dégrader le service rendu aux usagers. Une première installation a été instrumentée au cours de l’année 2013 à proximité du Mans. Ce suivi vise à collecter les données de température, de production et de consommation énergétique de cette habitation mais aussi d’exploiter et d’analyser ces données afin de connaitre les performances énergétiques du système installé et de comparer ces résultats expérimentaux à la théorie. Ce retour d’expérience utile pour l’installation elle-même est aussi une source expérimentale qui alimentera les sessions de formation « Autoconsommation » mises en place cette année. Initié en 2011 pour accompagner la démarche régionale d'appel à projets de maisons BBC, ce projet de suivi énergétique de maisons basse consommation en Rhône-Alpes consiste en un suivi des performances réelles de 12 maisons, usage par usage. Ces maisons sont choisies parmi les 2 appels à projets « 100 maisons basse consommation » et « 100 rénovations basse consommation » lancés par la Région Rhône-Alpes. Huit maisons ont été instrumentées à l’aide de compteurs d’énergie thermique et électrique, de sondes de température et de débit d’air, raccordés à un système d’acquisition et de traitement des données, le domécomètre, développé par INES CEA, INES Plateforme Formation et Évaluation et MIQRO dans un projet antérieur financé par l'ADEME. Les résultats préliminaires, obtenus au cours de cette année, ont par exemple permis d’analyser l’efficacité de ventilation double flux ou de mesurer la température de consigne fixée par les occupants. La Plateforme Formation & Évaluation propose un accès gratuit à des logiciels simplifiés de dimensionnement des installations solaires : le logiciel , outil pédagogique d’évaluation technique et économique des systèmes solaires (11 193 visiteurs uniques en 2013) ; le logiciel mis au point en 2008 pour le calcul simplifié des systèmes solaires combinés, qui a fait l’objet de plus de 4000 téléchargements en 2012 (plus de 22000 téléchargements depuis juin 2008). Cet outil développé grâce au soutien de l'ADEME est utilisé dans les formations Qualisol Combi organisées par Qualit'ENR. Rapport d’activités INES 2013 57 La Plateforme Formation & Évaluation est partenaire du SYPARTEC sur ce programme. Au cours de l’année 2013, le travail a consisté en une collecte de données auprès des acteurs français de la filière photovoltaïque en vue de produire un rapport de situation des acteurs industriels, de la recherche et de la formation. A partir des sept rapports produits par les sept régions partenaires de ce programme, le consortium conduira dans un second temps une analyse sur les complémentarités de ressources, sur les possibles mutualisations et in fine sur les synergies territoriales à bâtir. Le Plateforme Formation & Évaluation coordonne le projet européen « Leonardo Da Vinci » EVENEF. Ce programme, d’une durée de deux ans, a débuté en octobre 2013 par un Kick Off meeting à INES. Le projet EVENEF a pour objectif de contribuer au développement d’approches plus innovantes et compétitives dans le secteur de l’efficacité énergétique du bâtiment. Les nouvelles réglementations thermiques du bâtiment sont de plus en plus exigeantes, mais les professionnels ne sont pas encore prêts à les appliquer. Il faut donc les sensibiliser et les former aux nouvelles technologies et aux nouvelles pratiques. Ce projet se focalise en priorité sur les entrepreneurs ainsi que les dirigeants de PME, mais s’adresse aux acteurs de terrain (artisans, techniciens, ingénieurs). Comme ces acteurs peuvent difficilement dégager du temps pour de la formation continue, la mise en place de modules de formation sur internet est un moyen d’atteindre ce public cible. L’objectif est aussi de contribuer à améliorer la compétitivité des entreprises. Cette compétitivité passe par une amélioration de la qualité des ouvrages bâtis et des services associés. Un des moyens pour atteindre cet objectif est de former les professionnels aux nouveaux outils ou méthodes permettant d’évaluer la performance énergétique du bâtiment. Le projet permettra de mettre en ligne un certain nombre de modules de formation à partir de décembre 2014. Pour l’année 2013, un premier module intitulé « sensibilisation aux techniques de mise en œuvre de l’étanchéité à l’air » est disponible en version française et anglaise sur notre site d’@Learning (http://elearning.ines-solaire.org) et sur celui du projet (http://www.evenef.eu). Il s’adresse à un public d’artisans et d’entrepreneurs dans le domaine du bâtiment. Le projet Squad, d’une durée de deux ans a débuté en octobre 2013. Il a pour objectif la création d’un centre de compétences en planification et suivi de quartiers durables impliquant non seulement des actions d’observation et d’évaluation mais aussi des échanges d’expériences et de savoir-faire entre les acteurs, du conseil dans l’accompagnement de projets et de l’organisation de formations (démarches de coapprentissage à partir de cas pratiques et de références théoriques reconnues). En pratique, le projet vise à déployer un observatoire sur différents Eco-quartier Ecovela à Viry territoires, dont certains transfrontaliers, pour référencer des projets d’urbanisme durable réalisés et à venir, capitaliser et mettre en perspective ces expériences et ainsi formaliser et valider des lignes Rapport d’activités INES 2013 58 directrices pour soutenir activement les opérateurs dans la planification et la réalisation de quartiers durables / « éco quartiers ». Cette aide à la réalisation pratique de projets s’appuiera sur les retours d’expérience et les échanges entre les acteurs à travers l’observatoire (référentiel et centre de ressources). Les lignes directrices devront être évolutives et contextualisées de sorte à concilier les contraintes entre le contexte normatif, les nécessités de faire évoluer les critères de définition d’un éco quartier et les réalités complexes de chaque projet. Sur l’année 2013 une démarche d’analyse a été initiée sur les éco-quartiers de Chambéry et Viry ainsi que sur l’éco-hameau à La Motte Servolex. L’année 2013 restera pour la plateforme Formation & Évaluation comme celle de l’ouverture sur le continent africain et en particulier sur la zone méditérannéenne et l’Afrique sub-saharienne. La zone Maghreb étant une priortié, nous avons engagé des démarches sur le Maroc, la Tunisie et l’Algérie. Le Maroc a été notre destination prioritaire sur cette année. Nous avons effectué plusieurs missions sur ce territoire et avons successivement rencontré les grands acteurs et les professionnels des domaines de l’énergie solaire et de l’efficacité énergétique. La plateforme a initié dès novembre 2013 un cycle de formations en direction des professionnels des énergies solaires. Les premières rencontres, intitulées « PV Days » se sont tenues à Casablanca et ont eu trait au solaire photovoltaique. Plus de 50 industriels, professionnels et artisans du secteur étaient présents. Ce cycle se poursuivra sur les années suivantes au rythme de 6 interventions par année. Dans le cadre d’un appel d’offre de l’ADEME, la pltaefrome Formation & Évaluation est devenue partenaire de l’ADEREE pour accompagner le développement de la « Green Platform » installée à Marrakech. Ce programme, engagé fin 2013, a pour objectif notamment la formation des professionnels du bâtiment afin d’atteindre les objectifs de construction et de rénovation de bâtiments performants énergétiquement. Pour accompagner les besoins de montée en compétences, la plateforme Formation & Évaluation s’est proposé de constituer une offre de formation dédiée à la maîtrise de l’énergie : développer la culture de la maîtrise de l’énergie, former les formateurs, favoriser la co-activité et miser sur les outils et les chantiers pédagogiques. Au cours de l’année 2013, des démarches ont été conduites auprès des acteurs tunisiens et en particulier auprès de l’Agence Nationale de la Maitrise des Energies (ANME). Cela s’est traduit par la signature le 18 décembre 2013 d’un partenariat sous l’égide de l’ADEME entre l’ANME et la Plateforme Formation & Évaluation de l’INES. Ce partenariat a pour objectif l’évaluation et l’accompagnement du programme PROSOL au travers d’une double action (formation et évaluation) en direction de l’eau chaude solaire collective Rapport d’activités INES 2013 59 Les premiers contacts pris avec les acteurs algériens du Centre de Développement des Energies Renouvelables d’Alger se sont traduits par l’accueil pendant deux semaines de deux professeurs de l’Unité de Développement des Equipements Solaires de Bou Ismail Tipaza. Ce séjour a permis d’esquisser plusieurs pistes de collaboration qui doivent se concrétiser au cours de l’année 2014. La plateforme Formation et Évaluation est partenaire du programme “Flexy Energy”. Ce programme qui consiste à étudier le remplacement des groupes électrogènes par des champs photovoltaïques raccordés au réseau comporte deux volets : un volet recherche porté par le Département des Technologies Solaires du CEA-LITEN et un volet formation dans lequel l’Université de Savoie opère sur la partie « Formation initiale » et dans lequel la plateforme Formation & Évaluation intervient sur la partie « Formation professionnelle continue ». Dans ce programme, la plateforme a mis en place 90 modules de formation en ligne qui s’adressent à la fois aux ingénieurs, aux chefs d’équipe, aux techniciens et aux opérateurs. Ces ressources pédagogiques numériques sont d’ores et déjà installées sur la plateforme d’@learning et des sessions de formation mixtes avec tuteurs en direction des formateurs du 2IE sont programmées sur 2014. Au cours de l’année 2013, des démarches ont été engagées pour développer des relations partenariales en particulier avec les Ministères concernés (MINEFOP et MINEE) et l’ENSP (Ecole Nationale Supérieure Polytechnique) implantée à Yaoundé. Notre objectif est d’exporter notre modèle d’accompagnement articulé autour de la formation de formateurs, la diffusion de ressources pédagogiques et la réalisation de plateaux techniques en liaison avec les industriels. Ces démarches initiées en 2013 devraient permettre à l’INES de proposer un programme d’accompagnement auprès de la DG du Trésor par le biais d’une procédure FASEP. Durant le dernier trimestre 2013, l’association « Les mains ouvertes Sénégal » a sollicité l’INES pour accompagner en partenariat avec Hélioslite (entreprise savoyarde implantée sur Savoie Technolac spécialiste en trackers biaxes) un projet de création d’un centre de formation situé à Mbour. L’objectif consistera sur l’année 2014 à proposer un dispositif d’accompagnement de formations de formateurs et de structuration du plateau technique solaire. La démarche , lancée au printemps 2010 par l’association professionnelle ENERPLAN avec le soutien de l’ADEME, vise à promouvoir et accélérer le développement des installations d’eau Rapport d’activités INES 2013 60 chaude solaire collectives. Quatre groupes de travail ont été créés : finances et juridique ; communication ; technique ; formation. La Plateforme Formation & Évaluation participe très activement aux deux derniers. En 2013, le temps fort a été les premiers états généraux du solaire thermique auxquels INES a largement contribué, en animant l’atelier dédié à la qualité des installations. En 2014, INES sera co organisateur de la 2e édition. En 2013, a également été finalisée la campagne de mise à jour des référentiels de formation à destination des maîtres d’ouvrage et des exploitants entamée en 2012 et dans laquelle la Plateforme Formation & Évaluation s’est investie. Un des experts de la Plateforme Formation & Évaluation a été associé avec trois autres experts nationaux dans une réflexion sur l’avenir de la GRS (Garantie de Résultats Solaires) mandatée par l’ADEME en décembre 2013. Le rendu est attendu pour mi 2014. En tant que conseil, la Plateforme Formation et Évaluation a également contribué en 2013 à l’élaboration de la documentation RAGE (Règles de l’Art Grenelle Environnement) pour sa partie solaire thermique, destinée aux acteurs de la filière. La Plateforme Formation & Évaluation de l’INES développe également des actions d’information auprès de différents publics, notamment les professionnels des filières du solaire et de la performance énergétique des bâtiments. Ceci prend la forme de participation à des groupes de travail, conférences et salons. Elle consiste également à diffuser différentes ressources (logiciels, études, base de données sur les formations…), notamment à travers le site Internet. Pour l’année 2013, les collaborateurs de la plateforme ont participé à plusieurs événements : Les 14èmes assises de l’énergie du 29 au 31 janvier 2014 Salon des EnR du 19 au 22 février 2013 à Lyon et notamment intervention lors du colloque solaire thermique et logement collectif du 20 février Conférence « Industrie et recherche : mieux coopérer pour réussir sur les territoires » le 18 mars 2013 à l’Hôtel de Région, Lyon Confluence Débat sur la transition énergétique le 17 mai 2013 à l’Hôtel de région, Lyon Confluence Rassemblement des anciens stagiaires « Compagnons du Solaire » pour une journée thématique à l’INES le 14 juin 2013 Journée de sensibilisation à l’efficacité énergétique auprès de chefs d’entreprises dans le cadre du projet CLAIRE au Bourget du Lac le 20 juin 2013 Conférence internationale Building Simulation 2013 sur les capteurs photovoltaïques hybrides le 27 août 2013 au Bourget du Lac Congrès USH le 25 septembre 2013, atelier solaire thermique Congrès national des sapeurs-pompiers du 10 au 12 octobre 2013 à Chambéry Salon Batimat le 6 novembre 2013 à Paris Colloque autoconsommation le 7 novembre 2013 à Paris Rapport d’activités INES 2013 61 Salon EnergaÏa le 6 décembre 2013 : présentation des suivis du projet Emergence Les journées collaboratives Tenerrdis les 10 et 11 décembre 2013 à Chambéry Table ronde de sensibilisation sur la RT2012 auprès des élus de Savoie le 12 décembre 2013 au Bourget du Lac Participation au groupe de travail BUS (Build Up Skills) : projet national ayant pour vocation de faire un état des lieux de la demande et de l'offre en matière de formation professionnelle continue et d'acquisition ou de renforcement des compétences requises pour les professionnels du bâtiment travaillant sur chantier et construire un plan d'action qui réponde aux nouveaux besoins. Participation au groupe de travail PRAXIBAT ® : plateau technique, outil de formation des professionnels à la maîtrise du geste pour des bâtiments sobres, efficaces énergétiquement et durables. Groupe de travail INTERREG : programme de coopération territoriale européenne France – Suisse. Participation au groupe de travail PRAXIBAT ® : plateau technique, outil de formation des professionnels à la maîtrise du geste pour des bâtiments sobres, efficaces énergétiquement et durables. Groupe de travail UTOP / UNIT Université Numérique Ingénierie et Technologies : projet de démonstrateur d’université de technologie ouverte pour la formation à distance des ingénieurs et techniciens supérieurs opéré par des établissements d’enseignement supérieur. Groupe de travail cluster éco énergies sur la thématique « formation ». Rapport d’activités INES 2013 62 La journée neige de l’INES organisée aux Sept Laux le 9 février 2013 a été un véritable succès. Près de 60 personnes étaient présentes pour profiter de la neige fraîche et d’un grand soleil ! Le repas offert par le secrétariat général a également été bien apprécié par tous les skieurs et promeneurs. L’INES était réuni le 2 juillet 2013 en soirée pour le dorénavant traditionnel barbecue d’été. 80 personnes ont répondu présent cette année (familles, entreprises du site...). L’association Ap’INES (apprenants de l’INES) regroupe les stagiaires et les doctorants de l’INES. L’association participe à divers événements liés à l’énergie solaire, dans le cadre ou en dehors du cadre de l’INES, en faisant notamment de la vulgarisation scientifique auprès du grand public. Ap’INES organise également des activités sociales entre membres de l’association. Rapport d’activités INES 2013 63 - ADEME : Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie AERES : Agence d’évaluation de la recherche et de l’enseignement supérieur AIE : Agence internationale de l’énergie AMI : Appel à manifestation d’intérêt ANME : Agence nationale de maîtrise de l’énergie tunisienne ANR : Agence nationale de la recherche ASDER : Association savoyarde pour le développement des énergies renouvelables en Savoie AUGC : Association universitaire de génie civil BBC : Bâtiment basse consommation BEPOS : Bâtiment à énergie positive BTS : Brevet de technicien supérieur CEA : Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives CETE : Centre d’études techniques de Lyon CETHIL : Centre de thermique de Lyon CETIAT : Centre technique des industries aérauliques et thermiques CFA : Centre de formation d’apprentis CGI : Commissariat général à l’investissement CNRS : Centre national de la recherche scientifique CNU : Conseil national des universités COSTIC : Centre d’études et de formation pour le génie climatique et l’équipement technique du bâtiment CPER : Contrat projet Etat-Région CPV : Solaire photovoltaïque à concentration CRISMAT : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux CSP : Solaire thermodynamique à concentration CSTB : Centre scientifique et technique du bâtiment DGCIS : Direction Générale de la Compétitivité, de l'Industrie et des Services DRT : Direction de la recherche technologique du CEA DTS : Département des technologies solaires du CEA/Liten DU : Diplôme universitaire DUT : Diplôme universitaire de technologie ENR : Energies renouvelables ENSAG : Ecole nationale supérieure d’architecture de Grenoble Equipex : Equipements d’excellence ETI : Entreprises de taille intermédiaire FEDER : Fonds européen de développement régional FFB : Fédération française du bâtiment FRE : Formation de recherche en évolution FUI : Fonds unique interministériel IDI : Innovation et développement industriel IEED : Institut d’excellence d’énergie décarbonnée IERA : Réseau d’informations sur les énergies en Rhône-Alpes InESS : Institut d’électronique du solide et des systèmes IPVF : Institut photovoltaïque d’Ile-de-France ITE : Institut pour la Transition Énergétique LEPMI : Laboratoire d’électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces LETI : Laboratoire d’électronique des technologies de l’information LITEN : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux LMOPS : Laboratoire matériaux organiques à propriétés spécifiques LOCIE : Laboratoire optimisation de la conception et ingénierie de LRGP : Laboratoire des réactions et génie des procédés Rapport d’activités INES 2013 64 - ONE : Office national de l’électricité marocain PME : Petites et moyennes entreprises PMI : Petites et moyennes industries PREBAT : Programme national de recherche et d'expérimentation sur l'énergie dans les bâtiments PRISME : Département de recherche et de développement pour l'optimisation des systèmes électriques photovoltaïques PROMES : Laboratoire des procédés, matériaux et énergie solaire RT : Réglementation thermique RTE : Réseau de transport d’électricité STI2D: Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable UMR : Unité mixte de recherche - BIPV : Building-integrated photovoltaics IBPSA : International building performance simulation association INSEME : Island networking for solar energy management - Rapport d’activités INES 2013 65 Institut national de l’énergie solaire BP 258 – Technopôle Savoie Technolac 50 avenue du Lac Léman 73375 LE BOURGET DU LAC CEDEX T +33 (0)4 79 79 20 00 [email protected] www.ines-solaire.org Crédit photos : INES – P.F.Grosjean/CEA – M.Jary/CEA – E.Bonhomme/INES – N.Le Vourch/INES– Tendance Floue/CEA – Artechnique/CEA – P.Stroppa/CEA – D.Michon/CEA – E.De Lavergne/CEA – P.Avavian/CEA – J.-C. Rifflard/INES – A.Gonin/CEA – Photosil – I-Stock – Lyon – C.Dupont/CEA – Gettyimages – CEA – Agence Sipa – Aktis architecture – Université de Savoie – Plateforme Formation & Evaluation INES - X Rapport d’activités INES 2013 66