Dossier

Energie et environnement : des projets à la pelle…

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Avec son département systèmes énergétique et environnement, et ses deux plateformes semi-industrielles, PREVER et SafeAir, dotées d'une batterie d'équipements sans équivalent, l'école est en pointe sur ces deux sujets.

Comment traiter les déchets industriels ou ménagers ? Comment garantir la qualité de l'air que nous respirons ? Si les questions liées à l'énergie et à l'environnement se posent avec une acuité croissante pour nos sociétés, elles occupent aussi une place de choix à l'Ecole des Mines de Nantes. L'école dispose en effet d'un pôle d'excellence reconnu sur ces sujets, avec son département systèmes énergétiques et environnement.

Avec 65 collaborateurs en tout, dont 22 enseignants-chercheurs, le département travaille par exemple sur la production d'énergie à partir des déchets, ou sur les besoins en énergie d'un territoire donné - quartier, zone industrielle - afin d'optimiser sa consommation. Côté environnement, il planche sur le traitement de l'air intérieur et sur les émissions industrielles, ainsi que sur la purification de certains gaz émis par l'industrie. Le département fait appel à des spécialistes de différentes disciplines. "Nous sommes des intégrateurs de compétences", souligne la responsable du DSEE, Laurence Le Coq.

Le département dispose de deux outils clés : deux plateformes semi-industrielles, dotées d'équipements de pointe. "Elles nous permettent d'étudier comment un matériau ou un polluant se comporte en laboratoire, mais aussi comment il réagit dans "la vraie vie", en situation réaliste", poursuit Laurence Le Coq.

La première plateforme, baptisée PREVER, vient d'être installée sur le campus de l'école. Dédiée à la valorisation énergétique des résidus, elle représente un investissement total de 5 millions d'euros, financé par l'Etat, la Région, le FEDER et la métropole nantaise. Elle dispose de chaudières à combustible solide et liquide, de cellules d'essai moteurs, d'une micro-turbine à gaz et d’équipements de mesures et de caractérisation du solide, du liquide et du gaz... "Il est rare qu'un laboratoire réunisse autant d'outils de ce niveau. C'est un ensemble assez unique", se réjouit Mohand Tazerout, professeur en charge de PREVER. De quoi étudier toute la chaîne, depuis les différents types de déchets jusqu'au carburant alternatif obtenu et aux systèmes de conversion en électricité, chaleur ou froid. "Le but n'est pas de travailler à grande échelle, mais d'obtenir un rendement énergétique satisfaisant, avec des émissions acceptables", précise Laurence Le Coq.

L'équipe en charge de PREVER mène de front plusieurs projets avec les industriels. Le plus ambitieux, IWEST (Integrated Waste to Energy Shipboard Technology), conduit avec le chantier naval STX de St-Nazaire, Bureau Veritas et Leroux & Lotz Technologies, concerne les navires de croisière. "Avec leurs milliers de passagers, ils produisent chaque jour plusieurs tonnes de déchets ménagers, que l'on ne peut pas incinérer, expose Mohand Tazerout. C'est pourquoi nous envisageons leur valorisation par les procédés de pyrolyse et de gazéification à bord. On obtiendrait ainsi de l'énergie électrique ou thermique, avec des émissions réduites."  Ce projet, financé dans le cadre d’un programme Fonds Unique Interministériel nous a permis d’achever la phase de recherche par la mise en oeuvre d’un proptotype de laboratoire, des développements restent encore à affiner avant le passage à un prototype semi-industriel.

Dans le cadre de PREVER l’équipe collabore aussi avec Oxalor, une SEM de Poitou-Charente spécialisée dans le tri et la valorisation des déchets ménagers. Son procédé consiste à extraire cartons, plastiques, ferraille des ordures ménagères. Les matières organiques sont, elles, transformées en engrais. Reste alors un "Combustible solide de récupération" (CSR), qui peut, si un procédé adéquat est mis en oeuvre, alimenter l'usine en électricité. C’est dans ce cadre que l’équipe recherche avec la SEM des fonds publics pour développer un prototype de laboratoire pouvant valoriser ce type de déchet.

 

SafeAir : trois disciplines au service de la qualité de l'air

 

La seconde plateforme, SafeAir, forte de six laboratoires, s'intéresse à l'air dans les immeubles d'habitation, les bureaux ou les usines. "Nous passons 80 % de notre temps dans des espaces confinés, où la qualité de l'air peut être affectée par la présence d'un grand nombre d'éléments émis notamment par les matériaux de constructions, de décoration, le mobilier ou encore par les activités des occupants : composés gazeux, articules et nano-particules, aérosols microbiens (bactéries, champignons, virus...) », observe Yves Andres, qui dirige l'équipe d'ingénierie de l'environnement. Ces éléments peuvent créer de l'inconfort, mais aussi provoquer des maladies ou des allergies." SafeAir s'appuie sur les compétences issues de trois domaines : la micro-biologie, la chimie et le génie des procédés. Une thèse vient d'être soutenue, en liaison avec Véolia, sur l'élimination des aérosols microbiens.

SafeAir étudie notamment le comportement de ces aérosols sur les filtres des centrales de traitement de l'air (climatiseurs, VMC...) en fonction de divers paramètres - humidité, météo, température... Que deviennent-ils en cas d'arrêt de la climatisation ? "Nous étudions aussi différents types de filtres, leur forme ou leur gradation", note Yves Andres. Là encore, les travaux sont réalisés à l'échelle du laboratoire, mais aussi sur des filtres provenant de sites réels. Avec pour objectif d'aboutir à des préconisations d'usage : faut-il, par exemple, conserver un flux d'air pendant les périodes de congés ? Une collaboration avec l'Université de Hong-Kong est également envisagée pour la mise au point de filtres, dans le cadre d'un appel à projets internationaux.

L'équipe de SafeAir planche sur plusieurs projets d'envergure, comme NanoFlueGas (cf. ci-dessous) ou les projets PhotoCair et ETAPE qui font appel à la photocatalyse en mettant en œuvre le dioxyde de titane pour purifier l’air intérieur. "Quand on soumet ce dioxyde de titane à la lumière, il émet des espèces réactives qui attaquent les polluants, les dégradent et les détruisent, explique Valérie Héquet, enseignante-chercheur au DSEE. En outre, ce dioxyde de titane se régénère aisément, et son coût est faible." Le procédé peut être utilisé pour éliminer certains polluants tels que les composés organiques volatils (COV) parmi lesquels on retrouve le benzène, ou le formaldéhyde, émis notamment par les matériaux de construction ou les colles. Pour l'heure, SafeAir travaille avec l'Ecole des Mines de Douai sur un pilote, qui permettrait de valider l'innocuité du procédé pour l'air intérieur et d'envisager un développement commercial. Ce programme est financé par l'Ademe.

Aujourd'hui en pleine expansion, l'équipe SafeAir prévoit aussi de se pencher sur un autre type de micro-organismes, les virus - peut-être avec l'Ecole de santé publique de Rennes. Autant dire qu'avec ses deux plateformes, le DSEE n'est pas à court de projets...

 

NanoFlueGas, ou comment traiter dans les meilleurs conditions les déchets contenant des nano-particules.

 

Evaluer les risques liés à l'incinération des nano-matériaux, examiner les bonnes pratiques de traitement de ces déchets : c'est l'un des projets sur lesquels planche depuis 2011 l'équipe de SafeAir. Baptisé NanoFlueGas, coordonné par l'Ineris (Institut national de l’environnement industriel et des risques), il est mené avec l'entreprise Tredi (groupe Séché Environnement) et cofinancé par l'Ademe

Jusqu'à présent en effet, il n'existe pas de filière spécialisée dans la gestion et le traitement des nano-matériaux en fin de vie. Les travaux conduits dans le cadre de NanoFlueGas font partie d’une première démarche scientifique sur cette problématique. Ils ont permis d'aboutir à des premières conclusions plutôt rassurantes : "Les systèmes actuels se comportent assez bien, estime Laurence Le Coq. Certaines nano-particules disparaissent, d'autres apparaissent à des niveaux très faibles. Mais pour confirmer ces résultats, il faudrait aller plus loin, et explorer d'autres familles de particules, voire d'autres conditions de traitement (notamment dégradées), afin d’apporter des préconisations robustes pour améliorer encore les bonnes pratiques de la filière."  L'enjeu est d'autant plus important qu'il s'agit d'un domaine où la réglementation évolue, et devient de plus en plus contraignante. "Nous avons apporté notre expertise en matière d'incinération tout au long du programme, et contribué en premier lieu à identifier les gisements de particules structurées, indique Sylvain Durécu, directeur de la recherche de Trédi. C'est une collaboration très fructueuse, qui a permis d'arriver à un constat positif."

En amont de ce sujet, le DSEE vient de susciter le lancement d'une thèse sur les particules susceptibles de poser des problèmes pour la santé humaine : comment se comportent ces particules en suspension dans un écoulement d'air - une tuyauterie ou un conduit de climatisation, par exemple ? Dans quelles conditions se déposent-elles sur la paroi ou sont-elles plutôt remises en circulation ? De quoi susciter également l'intérêt d’autres partenaires industriels, issus par exemple du nucléaire, de l'agro-alimentaire ou de la micro-électronique...

Le projet NanoFlueGas doit s'achever en août prochain. Mais il pourrait bien jouer les prolongations pour trois nouvelles années. "Cela permettrait notamment d'examiner d'autres systèmes de traitement existants, comme les électro-filtres, précise Sylvain Durécu. Nous avons des perspectives intéressantes." Car le sujet reste vaste, et un certain nombre de questions restent non résolues. Décision dans les prochaines semaines.

 

Avec les industriels, des liens de plus en plus étroits

 

Comment trouver des ressources pour poursuivre les travaux de recherche ? C'est une préoccupation constante pour une structure comme le DSEE. Encore plus quand l'heure est aux restrictions budgétaires, tant du côté de l'Etat que des industriels... "Certes, nous continuons à obtenir des financements publics lorsqu'il existe un potentiel de transfert rapide vers l'économie, constate Laurence Le Coq. Mais de façon générale, la prise de risque est moindre que par le passé. Nous arrivons à maintenir le cap sur les travaux déjà bien engagés, en améliorant ce qui est déjà lancé. En revanche, nous avons plus de mal à financer le lancement de nouvelles idées - surtout si celles-ci nécessitent des moyens significatifs au départ."

Pour contourner la difficulté, le DSEE multiplie les collaborations avec les industriels. Que ce soit en direct, sous forme de contrats de recherche, ou sous forme d'appels à projets. Aussi le département consacre-t-il beaucoup de temps à échanger avec des responsables d'entreprise et à répondre à des appels à projets.

D'où l'intérêt d'avoir des partenaires "fidèles", engagés sur le long terme. Les chaires industrielles, qui procurent un financement récurrent sur plusieurs années, s'inscrivent dans cette logique. Le DSEE a ainsi monté une chaire avec Séché Environnement. "Nous avons identifié trois sujets sur lesquels nous pouvons collaborer, sur une durée de quatre ans", indique Laurence Le Coq. Véolia est un autre partenaire fidèle, associé à l'école doctorale européenne dont l'école fait partie.

Ces partenaires industriels "historiques" sont également associés au conseil scientifique du laboratoire et au comité de recherche de l'école. "En revanche, nous avons plus de mal avec les PME. Elles ne nous identifient pas toujours pour le bon sujet", indique Laurence Le Coq.

 

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