Formulation, élaboration et caractérisation de géopolymères poreux pour une application de stockage d'énergie

Doctorante : Camille ZOUDE

Laboratoire INSA : MATEIS

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Dans le contexte actuel, marqué par l'importance croissante de la gestion de l'énergie, les systèmes de stockage d'énergie thermochimique se révèlent être prometteurs, notamment ceux combinant un matériau hôte poreux avec des sels hygroscopiques.
Ces systèmes, de haute densité énergétique, reposent sur une réaction renversable : la déshydratation est endothermique et l’hydratation est exothermique. Les géopolymères sont des candidats prometteurs comme matériaux hôtes en raison de leurs propriétés mécaniques, leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût. Toutefois, leur porosité nécessite une optimisation pour l’application visée.
À cet effet, trois approches sont étudiées ici : la fabrication additive (Direct Ink Writing), le moussage chimique, et la combinaison des deux. Ces approches nécessitent un important travail de formulation, notamment par l’ajout d’additifs pour adapter leur rhéologie au processus d’extrusion et pour générer une porosité homogène. Sans modifier la cinétique de prise, leur introduction permet la formation d’une porosité contrôlée, atteignant jusqu’à 71 % par moussage chimique. La combinaison de robocasting et de moussage direct plafonne la porosité totale à 65 %, en raison d’une densification des filaments lors de l’extrusion. Les performances mécaniques des échantillons sont évaluées en fonction de leur porosité et des conditions dans lesquelles ils ont été conservés (humidité et température).
L’introduction du sel dans le géopolymère entraîne la formation de composés, par réaction du sodium avec le sel, nuisant aux propriétés thermiques. Cette formation est limitée grâce à l’ajustement du protocole de fabrication. Les propriétés thermiques des composites, évaluées à l’aide de tests dynamiques sur un banc thermique, montrent la capacité des composites à stocker de l’énergie à la fois par sorption physique et chimique. Cependant, des travaux plus approfondis sont nécessaires pour optimiser la répartition du sel et la distribution des diamètres d’accès aux pores dans les géopolymères.
 

Conférencier : Nicolas Bonstein (ingénieur suisse spécialiste du solaire)

Ingénieur en électricité, Nicolas Bonstein a un parcours multidisciplinaire dans les technologies, mais aussi la culture, il concentre actuellement ses activités dans l’énergie solaire photovoltaïque. Passionné par le monde dans lequel nous vivons, il ne cesse d’apprendre et aussi de transmettre ses expériences et son vécu.

Au programme de cette conférence :

• Un très bref coup d'œil sur le dernier rapport du GIEC
• Une présentation du système politique Suisse
• Le plan helvétique pour atteindre les objectifs de la COP21 de Paris
• Quelles sont les technologies solaires, aujourd'hui à disposition en Suisse
• Un exemple pratique d'assainissement énergétique dans le bâtiment.

Sous-jacent de cette présentation, c'est le rôle et les responsabilités des ingénieurs dans cette période cruciale qui seront abordés, mais aussi la systématique d'approche pour la résolution et la réalisation d'un projet technologique.

Conférenciers : Julie Figueras - Laboratoire DEEP et Pierre Buffière, directeur du laboratoire DEEP

La thèse en génie des procédés de Julie Figueras : l’objectif de la thèse était d’optimiser le procédé de bio-méthanation d’Enosis ayant comme matière première le syngas, majoritairement composé de CO et de H2, obtenu par pyro-gazéification et l’enjeu a été de développer une communauté microbienne ayant la capacité de convertir le syngas en méthane dans des conditions intensives. Les travaux ont permis de répondre à cette problématique grâce à la spécialisation, sur un réacteur en pression, d’une communauté microbienne qui a montré d’excellentes performances dans la production de méthane ainsi qu’une forte tolérance au CO.

Serez-vous assez puissant pour allumer une lampe de bureau ?

Intervenants : Eric Sellin et Bruno Allard Robert Förstemann, champion cycliste allemand a réussi à produire assez d'énergie pour utiliser un grille-pain.

Serez-vous assez puissant pour allumer une lampe de bureau ?

Challengez-vous à la BMC du 18 au 22/03 sur la pause de midi

Est-ce que nous les humains sommes capables de générer la quantité d'énergie que nous consommons ?

Apprendre à sauver la planète et gérer le réseau électrique en jouant Survival Game

Apprendre à sauver la planète et gérer le réseau électrique en jouant Survival Game est un jeu interactif centré sur les actions qu'il convient de mener pour gérer le réseau électrique et ainsi contribuer à sauver la planète du réchauffement climatique.

Les joueurs doivent gérer le mix énergétique et résoudre des énigmes pour développer des technologies et intégrer les énergies renouvelables dans le réseau électrique. Jeu créé par le Supergrid Institute

Apprendre à sauver la planète et gérer le réseau électrique en jouant Survival Game

Apprendre à sauver la planète et gérer le réseau électrique en jouant Survival Game est un jeu interactif centré sur les actions qu'il convient de mener pour gérer le réseau électrique et ainsi contribuer à sauver la planète du réchauffement climatique.

Les joueurs doivent gérer le mix énergétique et résoudre des énigmes pour développer des technologies et intégrer les énergies renouvelables dans le réseau électrique. Jeu créé par le Supergrid Institute

Quelques petites actions peuvent permettre d’économiser beaucoup : c’est avec ce principe que Paul Chaussivert, s’est lancé dans le pari de réduire les consommations énergétiques des copropriétés. Avec son entreprise, Captain’ Conso, le diplômé du département génie énergétique et génie de l'environnement de l’INSA Lyon, a fait de sa préoccupation pour la performance énergétique et le bâti, son terrain de jeu. Entretien avec l’ingénieur qui invite les gestionnaires d’immeubles à entamer leur transition énergétique en visitant leurs propres chaufferies collectives.

Un cursus au département GEN, un passage par la Filière Étudiant Entreprendre (FÉE) et un engagement associatif au Proto INSA Club¹ lors de vos années étudiantes à l’INSA Lyon… Avez-vous toujours eu cette fibre entrepreneuriale et un intérêt pour la performance énergétique ? 
L’intérêt pour la question énergétique est très certainement présent depuis longtemps ! Ma toute première expérience professionnelle chez un exploitant de chauffage m’a fait réaliser l’importance de la performance énergétique. Mon travail consistait à maintenir des chaufferies de résidences, d’écoles ou de bâtiments d’entreprises. En plus de ce rôle, je développais des actions pour améliorer la performance de celles-ci. Ce premier emploi m’a permis de me confronter à la réalité du secteur : en sortant de l’école, j’imaginais un monde automatisé où les machines étaient optimisées. En trois ans, je me suis aperçu que ça n’était pas le cas, et qu’il y avait des choses à faire sur le plan de la performance énergétique. Par exemple au sein des copropriétés, il n’y a pas une grande connaissance technique du système de chauffage ni des consommations. Les copropriétaires ont souvent l’impression qu'une personne est mandatée pour suivre pour eux. En réalité, peu de personnes suivent de près cette question énergétique : ce n’est pas le rôle du syndic et c’est rarement inscrit dans les contrats de maintenance des chauffagistes… Pour résumer, il manquait un tiers de confiance entre la chaufferie et la facture : c’est pour cela que j’ai créé Captain’ Conso. L'objectif est d’effectuer une exploration approfondie des chaufferies, d'extraire et d'analyser des données précieuses de ces espaces souvent méconnus, puis de les communiquer efficacement aux copropriétaires. Et mon expérience au sein de la FÉE m’a certainement beaucoup aidé pour oser me lancer dans l’aventure entrepreneuriale !

Aujourd’hui, vous jouez ce rôle de tiers avec votre entreprise « Captain’Conso » qui est basée sur un modèle économique gagnant-gagnant. Comment fonctionne-t-il ?
On entend beaucoup que pour faire des économies d’énergie, il faut rénover tout son parc en priorité. Cependant, avec quelques petites actions comme l’optimisation des réglages, on peut mesurer une économie qui peut aller de 15% à 20%. Le pari avec Captain’ Conso est de se rémunérer sur les économies réelles. Effectivement, le modèle est basé sur un échange gagnant-gagnant : à l’issue d’une première visite de la chaufferie, je suis en capacité de définir les petites actions à mettre en place pour réduire les consommations. Si le pari est réussi et que la copropriété économise sur sa facture finale, alors nous partageons la moitié de ce montant sur 3 ans. Le client bénéficie de l’expérience d’un ingénieur et d’une réduction de sa facture. De plus, cela augmente le confort des occupants, car nous garantissons une température stable et homogène sur tout le bâtiment. Ce qui est aussi très intéressant dans la démarche, c’est que nous devenons un vecteur de compréhension pour le client autour de la transition énergétique. Même si l’argument principal est économique, les clients restent très intéressés par l’impact positif de leur décision. Il y a un vrai enjeu d’information car vulgariser ce monde de l’énergie, très technique, ça n’est pas toujours très simple. Aujourd’hui, je suis ingénieur mais aussi chef d’entreprise, commercial et plus encore pédagogue sur les enjeux de l’énergie. C’est assez valorisant et motivant car il y a un double effet à mon activité professionnelle. Certains clients vont même plus loin que l’objectif d’économie de 15% à 20% : grâce à la dynamique engagée, j’accompagne désormais l’un de mes clients vers l’étude de la rénovation totale de son parc. 

Comment envisagez-vous la suite avec votre entreprise Captain’ Conso ?
L’année 2023 a été pour moi l’occasion du lancement d’une nouvelle entreprise, qui vient compléter l’activité de Captain’Conso pour aller plus loin dans l’optimisation énergétique et environnementale des bâtiments. C’est une histoire insalienne puisque je mène ce projet avec un ami de promotion, Badr Bouslikhin, diplômé du département génie électrique. L’idée est née d’une discussion où je lui partageais des problématiques rencontrées lors de mes interventions. En concevant nos propres objets connectés destinés à optimiser les chaufferies, nous faisons se rencontrer nos expertises respectives : la thermique et l’électronique. Nous commençons tout juste à poser nos premiers équipements avec notre entreprise Thermigo. Je suis très heureux de ce nouveau projet car nous allons aller plus loin dans l’accès à la transition énergétique des copropriétés et cette activité sera complémentaire à celle menée avec Captain’Conso. Pour la suite, les choses viendront d’elles-mêmes, en fonction de ce que nous trouverons sur le terrain. Il y a encore beaucoup à faire ! 

[1] Le Proto INSA Club (PIC) est une association étudiante qui conçoit et réalise intégralement des véhicules à faible consommation.

Intervenant : Louis Droissart, Ingénieur Économe de Flux à l'INSA Lyon.

Deux visites sont proposées (30/01 et 22/02) par la DPI, Louis Droissart, Ingénieur Économe de Flux, fera découvrir ce qui est fait au niveau de la résidence A du campus de l'INSA pour avoir une consommation énergétique verte et sobre.

Déambulation dans la sous-station et sur les toits de la résidence.

Intervenant : Louis Droissart, Ingénieur Économe de Flux à l'INSA Lyon.

Deux visites sont proposées (30/01 et 22/02) par la DPI, Louis Droissart, Ingénieur Économe de Flux, fera découvrir ce qui est fait au niveau de la résidence A du campus de l'INSA pour avoir une consommation énergétique verte et sobre.

Déambulation dans la sous-station et sur les toits de la résidence.

Comment fonctionne le chauffage à l'INSA ? Combien consomme-t-on ?

Conférencier : Louis Droissart, Ingénieur Économe de Flux à l'INSA Lyon

Comment fonctionne le chauffage à l'INSA ? Combien consomme-t-on ? Quels travaux ont été réalisés à l'INSA ces dernières années et quels travaux sont prévus dans les années à venir ? Voilà une partie des questions auxquelles vous aurez les réponses.

Sera également abordé le contexte énergétique qui a poussé le gouvernement à demander la mise en place d'un Plan de Sobriété dans le but de réduire les consommations énergétiques de son patrimoine. Le Plan de Sobriété appliqué l'an dernier à l'INSA sera rappelé et les résultats obtenus présentés.

La conférence sera suivie d'un temps d'échange avec le public.