Lundi 2 décembre 2024, un cube étrange a fait son apparition sur notre campus au niveau du parking du bâtiment Archimède : le cube EIKO pour un stockage d’énergie électrique à base de batteries de seconde vie. Il s’agit d’un démonstrateur bâtiment-électromobilité implémenté sur le campus Lyon Tech la Doua. 

Le succès de la transition énergétique dépend de nombreux défis : impacts environnementaux, modifications de comportements, approvisionnements énergétiques, pour ne citer que les principaux. L’habitat et le transport consomment plus de 75% de l’énergie en France. La maîtrise énergétique à partir d’une approche systémique incluant ces deux domaines est donc pertinente mais aussi nécessaire pour optimiser le développement des sources d'énergie ainsi que la gestion entre ces dernières et les divers postes de consommation. 

L’utilisation de stockage est aussi indispensable pour assurer l’adéquation entre l’offre et la demande en énergie, notamment dans le cadre d’un recours aux énergies renouvelables et intermittentes de plus en plus fréquent. En conséquence, le développement d’un réseau « intelligent » reliant tous ces dispositifs (sources, consommation et stockage) et qui permettrait l’optimisation des usages, prend tout son sens.

C’est pourquoi dans le cadre du projet Grid4Mobility ce cube a été disposé sur le campus. À terme, ce système sera alimenté par la centrale solaire de 30kWc installée sur le démonstrateur et sa capacité de 100kWh permettra de stocker l’équivalent de deux véhicules électriques légers. Fourni par la société Mob-Energy, ce système, utilisé à des fins de recherche, sera un élément de stockage du micro-réseau DC maillé qui assure la gestion intelligente de l’énergie.

Le cube EIKO est un démonstrateur de bâtiment-électromobilité implémenté sur le campus Lyon Tech la Doua. 

« Contrôle actif de l'ensemble roue-pneu pour la réduction de la transmission vibratoire solidienne »

Doctorant : Antoine CARVALHO

Laboratoire INSA : LaMCos

École doctorale :  ED162 MEGA

Avec l’essor des véhicules électriques, le bruit de roulement jusqu’alors masqué par d’autres sources de pollutions sonores émanantes des véhicules pose un réel problème de confort pour les passagers. La structure des véhicules, les pneumatiques ainsi que les systèmes de suspensions permettent d’atténuer certains effets indésirables du contact pneu-chaussée à hautes et basses fréquences. Cependant peu de solutions techniques sont déployées pour traiter les phénomènes vibratoires transmis par les ensembles montés entre 200 et 500 Hz. Cette thèse est construite autour de trois axes : l’approfondissement de la compréhension du comportement dynamique des assemblage roue-pneu, la mise au point et maitrise d’un set de dispositifs expérimentaux, la réalisation d’un système et d’une loi de contrôle permettant de diminuer les efforts transmis dans les moyeux. Des travaux effectués sur 4 différents dispositifs expérimentaux ont permis de minimiser les incertitudes liées à la dynamique évolutive de la structure à contrôler. Ceci permettant de mieux définir le champ d’action de la solution à proposer. Par le biais de ces résultats un réseau de transducteurs piézoélectriques, utilisés comme capteur et actionneurs, est proposé. Différentes solutions de contrôle robuste ont été étudiées, notamment une combinant du contrôle actif et un filtre modal spatial ainsi qu’une autre exploitant un contrôleur à mode glissant. Ces solutions ont d’abord été étudié numériquement puis elles ont été testées sur la structure à l’échelle 1:1. En parallèle de ces travaux, des études de robustesses des solutions proposés ont été réalisé. Le système de contrôle le plus avancé est finalement testé dans des conditions réalistes de fonctionnement avec un chargement, un contact avec le pneumatique assimilable à celui obtenu avec la chaussé et avec rotation de l’ensemble. Une atténuation des deux modes ciblés est obtenue pour différentes vitesses de rotation.

Cette conférence tentera d'apporter des réponses aux questions et aux malentendus qui subsistent sur le développement du véhicule électrique et de l'éolien.

Après avoir analysé le contexte et les enjeux de décarbonation, un éclairage sera apporté sur l'absolue nécessité de développer massivement les véhicules électriques et l'éolien dans le cadre de la transition énergétique électrique. Conférence suivie d'une séance de dédicace et de vente des livres de Cédric Philibert.

Probabilistic Metamodels to Assess Global NVH Performance of Electric Vehicles

Doctorant : Vinay PRAKASH

Laboratoire INSA : LVA

Ecole doctorale : ED162 MEGA

L'électromobilité pose de nouveaux défis en matière de conception et de développement des véhicules. Les caractéristiques de bruit, de vibration et de rudesse (NVH) d'un véhicule sont cruciales, car elles influencent à la fois le confort des passagers et les considérations environnementales. L'évolution rapide des véhicules électriques (VE) nécessite une prise de décision rapide de la part des concepteurs NVH dès les premières étapes du cycle de conception. L'évaluation des risques NVH devient encore plus difficile en raison de la présence de divers paramètres fonctionnels (par exemple, les conditions de fonctionnement, les paramètres de conception) et des différentes incertitudes qui y sont associées, par exemple, la connaissance partielle, la dispersion des données basées sur les mesures, etc. En conséquence, ce travail se concentre sur le développement de métamodèles probabilistes rapides et complets capables de quantifier de telles incertitudes reliant les paramètres fonctionnels aux indicateurs globaux de performance NVH. L'accent est mis en particulier sur l'évaluation des bruits tonaux à bande étroite provenant des groupes motopropulseurs électriques des VE à batterie, ainsi que sur les bruits de masquage à bande large résultant du vent aérodynamique et des effets de l'interaction pneu-chaussée. La méthodologie choisie utilise un cadre bayésien couplé à des techniques d'échantillonnage de Markov Chain Monte Carlo. Cette approche facilite l'incorporation de connaissances préalables (par exemple, d'experts du domaine automobile) et permet la propagation d'incertitudes à travers de multiples domaines physiques, qui sont estimés par des approches semi-analytiques enrichies par des bases de données expérimentales. Le cadre probabiliste développé est censé fournir un soutien inestimable aux concepteurs NVH en les aidant à déterminer/affiner les paramètres fonctionnels, à évaluer les niveaux acoustiques globaux à l'intérieur de la cabine passagers et à prendre des décisions éclairées dans la recherche d'améliorations des performances NVH des véhicules.

Entre impératifs environnementaux et normes européennes, les territoires tendent vers une mobilité « zéro-émission » plus durable. Si dans les villes, la piste de l’électrique a le champ libre, le secteur automobile voit son modèle bouleversé et se trouve confronté à une problématique de taille : celle de la formation aux métiers de la mobilité électrique. 
Au sein de l’INSA Lyon, un nouveau mastère spécialisé souhaite répondre aux besoins engendrés par les mutations de la filière. Intitulé « expert en véhicules électrifiés », ce diplôme accueillera sa première promotion en octobre 2022. 
Sébastien Morterolle, maître de conférences au département génie mécanique et chercheur au LaMCos¹, déjà très engagé dans le projet « Campus Auto’Mobilités », en est le responsable pédagogique. 

En mai 2020, dans une interview dédiée au lancement du campus Auto’Mobilités, vous parliez d’un « modèle à parfaire » au sujet de la mobilité « zéro-émission ». À quels modèles de mobilité doit-on s’attendre dans les prochaines années ?
Ce qui est certain, c’est qu’en terme de prospective, les zones urbaines deviendront des zones à faibles émissions dans lesquelles le véhicule thermique n’aura plus sa place. Ensuite, les véhicules lourds pour les trajets inter-agglomérations conserveront certainement des motorisations hybrides et thermiques car sur les trajets autoroutiers, les bénéfices de l’électrique ne sont pas forcément immédiats. Cependant, ce qu’il faut bien garder en tête, c’est qu’un véhicule reste un outil qui a besoin d’énergie pour fonctionner. Même si l’électrique léger sera privilégié pour limiter la pollution et les maladies respiratoires associées, l’empreinte carbone d’un déplacement n’en sera jamais nulle, malgré la plage de haut rendement plus large de l’électrique. Au-delà du véhicule en tant que tel, il y a l’aspect de l’usage sur lequel le futur de la mobilité devra s’appuyer. En optimisant ses usages en fonction par exemple du nombre de passagers ou de kilomètres à parcourir, il faudra savoir choisir le véhicule adapté, entre le vélo, la voiture électrique, le métro ou le train, pour aller vers une mobilité durable. L’adaptation de l’usage aura plus d’impact sur la consommation énergétique que la technologie employée en elle-même. Pour permettre aujourd’hui à l’électrique de rentrer dans ce panachage de solutions, il faut former des spécialistes car la mobilité du futur, qu’elle soit toute électrique ou en partie, aura besoin de compétences spécifiques.

Le mastère « expert en véhicules électrifiés » souhaite donc répondre aux besoins de compétences d’un secteur automobile en pleine mutation. Quels sont les enjeux de formation pour la filière ?
Lorsque l’on a commencé à entendre parler du véhicule électrique il y a quelques années, cela paraissait lointain. Aujourd’hui, on assiste à un réel basculement sociétal vers l’électrique, notamment en raison des normes européennes et locales de plus en plus sévères sur les seuils d’émissions de particules autorisés. Seulement, ces technologies, qu’elles soient hybrides ou électriques, nécessitent des compétences différentes des moteurs thermiques sur lesquels les ingénieurs sont classiquement formés. À l’INSA Lyon, nous pouvons compter sur des expertises en génie électrique et mécanique, donc la mise en place de ce mastère spécialisé s’est faite naturellement. Nous sommes aussi engagés depuis un certain temps sur le campus Auto’Mobilités, qui s’applique déjà à faire la promotion des métiers automobiles électriques et compte sur un réseau d’entreprises, d’industriels et d’établissements régional important. 

Pourquoi rejoindre cette formation ? À qui s’adresse ce mastère spécialisé ?
Le diplôme « expert en véhicules électrifiés » est à destination de tous les candidats aspirant à connaître les nouvelles technologies embarquées et maîtriser les méthodes de conceptions de ces systèmes complexes. L’idée de cette formation est d’apporter une coloration pluridisciplinaire sur toute la chaîne de traction du véhicule. Du réservoir à la roue en passant par le contrôle-commande, le programme aborde aussi la motorisation et l’énergie électrique et hydrogène. Globalement, le diplômé aura toutes les clés pour pouvoir gérer au mieux l’ensemble des systèmes du véhicule électrique, léger ou lourd. Un module est également consacré à la pile à hydrogène, sa modélisation et son intégration au véhicule. Cette formation compte 360 heures d’enseignements concrets et opérationnels assurés à 50 % par des professionnels et se complète d’une mission en entreprises de 4 à 6 mois. D’ailleurs, les diplômés pourront compter sur la force du réseau du campus Auto’Mobilités et de l’INSA Lyon tout en positionnant leurs carrières sur un marché porteur en France ou à l’international.

Le véhicule du futur sera-t-il volant, autonome ou électrique ? Enseignant-chercheur au laboratoire Ampère et au département génie mécanique, Éric Bideaux vient d’être nommé responsable de l’enjeu « transport : structures, infrastructures et mobilités ». Pour lui, aucun doute : les mobilités de demain seront celles qui répondront aux impératifs énergétiques et environnementaux. Et parmi les nombreux challenges que l’enjeu impose, la réponse n’est peut-être pas aussi millimétrée qu’un roulement de vilebrequin… Interview.

Véhicules, infrastructures, usages… Les nouvelles mobilités constituent un domaine de recherche très vaste. Comment pourrait-on résumer les objectifs et l’organisation des travaux autour de cet enjeu au sein de l’INSA Lyon ?

Effectivement, les challenges soulevés par cet enjeu sont nombreux et nos laboratoires travaillent à deux aspects, très interdépendants : la question énergétique et celle de l’environnement. Il existe plusieurs façons d’opérer pour travailler à ces questions. D’abord, nous cherchons à optimiser les technologies existantes : réduire les pertes, récupérer l'énergie disponible, réduire les émissions ou travailler sur les matériaux par exemple. Puis, il y a l’aspect peut-être un peu plus impressionnant, celui du développement de nouvelles architectures innovantes, l’électrique et l’hybride, la voiture autonome et connectée, etc. Et enfin, vient la question des usages : comment réfléchir sur les usages et les mobilités adaptés et quelles sont leurs conséquences sur les infrastructures ? Nous avons à l’INSA une richesse au niveau de la recherche assez unique en son genre qui nous permet d'associer un large spectre de compétences scientifiques sur ces différents sujets. Pour produire, développer et améliorer un secteur aussi pluridisciplinaire que le transport, c’est un atout non-négligeable. Le campus est aussi un territoire d’expérimentation incroyable pour jouer avec les nouvelles mobilités et leurs interactions avec les infrastructures : entretenir le lien avec la formation est important, et je tiens à le souligner, nos étudiants sont déjà très inventifs, mais c'est notre rôle de les associer à ces travaux et d'éveiller leur curiosité ainsi que le goût de l'innovation. Les idées les plus farfelues sont parfois les plus intéressantes !  

Vous êtes chercheur au laboratoire Ampère¹, au sein duquel les recherches font la part belle à l’électrique et à l’automatique. Votre nouvelle nomination à « l’enjeu transport » signifie-t-elle que le développement du véhicule électrique est prometteur pour répondre aux enjeux énergétiques et environnementaux ?

Il est certain que la révolution du véhicule électrique existe déjà, et nous irons certainement vers des voies d’amélioration sur ces architectures et leurs usages. Mais je crois très sincèrement que la solution universelle n’existe pas. L’électrique pose des difficultés environnementales de production, de stockage et de recyclage, par exemple les terres rares des moteurs ou la reconversion des batteries : pas besoin d’aller plus loin pour comprendre qu'il y a encore une large place pour la recherche et l'innovation. Cependant, c’est une solution qui peut correspondre à un certain type d’usage, et je crois que c’est dans cette direction que nous trouverons un équilibre : en diversifiant les solutions techniques. Je fais effectivement partie du laboratoire Ampère avec une spécialité en ingénierie des systèmes multiphysiques et automatique. Depuis plus de 25 ans, je m’intéresse aux questions énergétiques, en particulier des véhicules. Je crois que c’est cela qui m’intéresse dans cette nouvelle casquette de responsable d’enjeu : travailler avec chaque laboratoire, sans a priori sur la source d’énergie utilisée et avec la conviction que la diversité est une clé essentielle pour un transport moins impactant sur l’environnement. En fait, il n’est pas question pour nous, chercheurs, de dire « voilà la solution », mais plutôt de donner aux industriels et à la société les outils et les méthodes pour avancer dans un contexte donné. Ici, avec l’impératif énergétique et environnemental. 

S’il n’existe pas de solution unique, pensez-vous que le véhicule du futur existe quand même ? Les véhicules autonomes-volants et autres spinners -écologiques- tous droits sortis de Blade Runner ne resteront-ils que des chimères ? 

Peut-être que ce type de véhicule existera un jour, qui sait ! Plus sérieusement, je crois que le véhicule du futur n’est pas celui que l’on imagine. Il dépendra surtout des usages et des législations, qui sont peut-être les seules à pouvoir faire évoluer rapidement le parc automobile d’un pays, en favorisant une solution plus qu’une autre. Il existe tout un tas de pistes à creuser sur les transports, du véhicule à son usage. Par exemple, nous avions travaillé à la conception de la première pelleteuse entièrement électrique il y a déjà plus de 5 ans. Aucune émission de polluants, un niveau de bruit moindre et une efficacité énergétique plus élevée que la mini pelle traditionnelle : c’était une vraie révolution pour les professionnels. Mais nous pouvons aller un peu plus loin dans l’exploration de nouvelles pistes. Voyez plutôt : aujourd’hui, nous considérons un véhicule comme un objet nous permettant de nous déplacer d’un point A à un point B. Pourtant, lorsqu’il est arrêté, il est inutile. Ne serait-ce pas ici quelque chose à explorer ? Ne peut-il pas servir, en plus de nous assister dans les déplacements, à autre chose ? Pour moi, le véhicule du futur naîtra de ces réflexions. Parce que le véhicule autonome, c’est très beau sur le papier : une machine parfaite conductrice, qui vous emmène à bon port en toute sécurité. Mais en matière d’usage, quelle différence y a-t-il avec une rame de métro autonome comme celles de la ligne D du réseau lyonnais ? La question est : à quel besoin répond le véhicule autonome ?

Vous parliez de la législation capable de faire avancer le changement en matière de transport. Le chercheur et l’ingénieur n’ont-ils pas leur mot à dire dans le débat public aux côtés des industriels et des législateurs ? Notamment sur cette affaire de questionner le besoin ?

La société gagnerait à intégrer un peu plus les scientifiques au débat, c’est certain. Mais cela sous-entendrait peut-être que la technique est neutre, ce qui n’est pas le cas : tous les chercheurs n’ont pas le même avis et les mêmes points de vue ! Et c’est ce qui fait toute la richesse de la recherche aujourd’hui. En matière de transport, les solutions qui émergent auront toujours un impact énergétique et environnemental, même si la technique peut participer à l’amoindrir. Nous serons toujours, chercheurs et citoyens, confrontés à un dilemme. Les avancées résideront dans les choix. Je crois que notre rôle de scientifique est surtout de donner à la société civile, les moyens de faire ses choix, et c’est dans cet esprit que je souhaite faire avancer l’enjeu de recherche au sein de l’établissement.

[1] Laboratoire Ampère (UMR CNRS 5005) : Génie Électrique, Automatique, Bio-ingénierie (INSA Lyon/ECL/LYON1/CNRS)

In a locked-down France, mobility has been put on hold: quiet motorways, few private vehicles in the city centre, blue skies devoid of planes... for now. With the end of lockdown on the horizon, the memory of the buzz of cities and their cars is gradually coming back to us. How should we imagine post-lockdown mobility? Sébastien Morterolle, associate professor in the mechanical engineering department and researcher at LaMCos¹, focuses on the electrification of vehicles. He is also a member of the Auto’Mobilités campus steering committee. Explanations.

The nomad in search of ‘zero emissions’.

Mobility has already been frozen for 52 days. For the country’s major cities, the debate dates back several years: considering new mobility plans for their centres, between environmental imperatives and European greenhouse gas emission standards. ‘For months now, cities have been accelerating the movement towards ’zero emissions’ by considering priority areas, particularly in light of European Court of Justice sanctions on NO₂emissions . Automobile equipment manufacturers also had to change their approach because in 2014, European leaders approved the ’Corporate Average Fuel Economy’ (CAFE) regulation capping the CO₂ emissions of vehicles at 95g/km, encouraging the development of electric vehicles in fleets. In fact, we are seeing more and more electric cars in big cities and, little by little, heavy goods lorries making deliveries and collecting household waste. The challenges of mobility are more topical than ever’, says Sébastien Morterolle. 

If alternative solutions to the ageing model of ‘each to his own diesel or petrol car’ had not persuaded the most reluctant customers, might the health crisis have accelerated an awareness of the hyper-mobility to which they were accustomed? ‘It may be too early to announce a turning point at the moment, but with lockdown having brought us to a standstill, I believe that awareness on the part of customers has happened more quickly than expected. Moreover, 2020 is a pivotal year for the electric vehicle, thanks to the European bonus scheme’, continues Sébastien.

Rethinking uses and materials

On 12 March, 2020, the President of the Republic announced that he wanted ‘to learn lessons from the current situation, to question the development model to which our world has been committed for decades’. The mobility sector did not wait for this instruction to question its model, seeing the environmental issue hovering over its head, incompatible with the billions of combustion engines still sleeping in the garages of locked-down drivers. Among various emerging technologies, Sébastien is working on the hybridisation of engines. ‘Research at INSA laboratories focuses on the electrification of vehicles and optimal energy management, as well as the development of batteries, the hydrogen fuel cell and the connected vehicle. These are emerging technologies whose model needs to be perfected. Among the challenges of the electric car, the recycling of batteries and the source of electricity production are two key aspects that need to be addressed to really reduce the environmental cost of these vehicles. Otherwise, the problem would simply be shifted’. 

According to Sébastien, rethinking the vehicle and its technical aspects is only the tip of the iceberg. ‘Once the vehicle itself has been redesigned to be ’cleaner’, the next step is to work on the service package that goes with it. When developing electric vehicles, we need to think about a new environment that will allow access to charging stations. Another parameter to be considered is that of changes in transport use: for example, ’free-floating’, a model of self-service car-sharing without terminals that would make it possible to drastically reduce the use of private cars in the city, is developing at high speed’, continues Sébastien. 

Educating younger generations in future mobility challenges

A new era for mobility means new skills to be developed for the next generations of transport professionals. As we are already seeing the need for electrical maintenance on vehicles and charging stations, students need to switch to these new technologies to enter the world of work. In order to advance education in these new mobility professions, educational institutions, laboratories, teachers and automotive professionals have come together around a major project: the Auto’Mobilités campus. ‘Our objective is twofold: to link the academic world with industry while responding to the challenges of technological and sociological changes in mobility. The steering committee, which has been active for three years, is working to identify the major needs of the future of mobility, particularly electric mobility. The purpose of the campus is to reflect on the new skills to be developed for future experts and to set up activities to guide young people towards these future professions’, continues the associate professor.  

INSA Lyon: the totem pole of the campus

The Auto’Mobilités campus project has already benefited from a national grant as an Investment for the Future (PIA) project to finance a roller test bench that students have already used to test vehicles. ‘The idea behind the campus is to create a showcase for ’automobility’ to attract future students and, above all, to create a dedicated space that would strengthen the feeling of belonging to the sector, which has not attracted many people in recent years. In order to bring the project to life, we would like INSA Lyon to become the totem for this theme, as many of our stakeholders are working on mobility and several of our courses focus on vehicles, such as mechatronics. We have high hopes for this initiative, particularly with the creation of a specialist Master’s degree in electric vehicle design, classes for which would take place here at INSA Lyon. While waiting for the project’s certification, which is on hold due to the health crisis, and while waiting for the mobility of the future, let’s stay home a little longer’, concludes Sébastien Morterolle

¹ Contact and Structure Mechanics Laboratory (INSA Lyon/CNRS - National Centre for Scientific Research)