Pôle thématique de recherche 4

Systèmes énergétiques et Procédés

Manager(s)

Emmanuel Delaleau

Thibaut Colinart

Activités

Les activités de recherche s’inscrivent dans une démarche pluridisciplinaire dédiée à la compréhension, la modélisation et l’optimisation des systèmes énergétiques, des procédés de transformation et des matériaux en usage. Elles visent à répondre aux enjeux de transition énergétique, de performance industrielle, de fiabilité des systèmes et de développement durable. Les travaux associent approches expérimentales et numériques afin d’étudier les phénomènes multiphysiques et multiscales impliquant des transferts d’énergie, de matière et de quantité de mouvement. Les recherches portent sur l’amélioration de l’efficacité énergétique des procédés, la surveillance et la résilience des systèmes de conversion d’énergie, ainsi que la caractérisation du comportement de matériaux innovants dans leurs conditions réelles d’utilisation. Les domaines d’application couvrent notamment le bâtiment, les énergies renouvelables, les procédés thermiques, les systèmes électrochimiques, la méthanisation et les matériaux biosourcés. Les activités développées contribuent à la conception, l’optimisation et le pilotage de solutions innovantes répondant aux défis environnementaux, industriels et sociétaux actuels.

Compétences

Les compétences réunies couvrent l’ensemble de la chaîne allant de la compréhension des phénomènes fondamentaux à la conception et l’optimisation de systèmes complexes. Elles reposent sur une expertise reconnue en modélisation multiphysique et multi-échelles, simulation numérique, expérimentation, caractérisation des matériaux et des procédés, instrumentation et traitement avancé des données. Les équipes maîtrisent l’étude des transferts couplés, des phénomènes électriques, thermiques, hydriques, électrochimiques, mécaniques et biologiques, ainsi que le développement d’outils de diagnostic, de surveillance et de contrôle-commande résilients. Elles disposent également de savoir-faire en conception de bancs d’essais, détermination de lois de comportement, techniques inverses, traitement du signal et maintenance prédictive. Cette complémentarité permet d’aborder des problématiques complexes liées à l’efficacité énergétique, à la fiabilité des systèmes, à l’innovation matériaux et à l’évaluation de leurs impacts environnementaux, en s’appuyant sur des approches intégrées associant expérimentation, modélisation et validation en conditions d’usage.

Axes de recherche

Énergie et systèmes électromécaniques

Cet axe de recherche est consacré au développement de méthodes avancées de détection, de diagnostic, de pronostic et de la résilience des systèmes électromécaniques et énergétiques, avec des applications à l’ingénierie marine, aux énergies marines renouvelables et aux systèmes embarqués.

L’objectif est d’assurer un fonctionnement fiable, sûr et performant des systèmes tout en réduisant les coûts de maintenance grâce à des stratégies de maintenance prédictive. Les travaux s’appuient sur une expertise approfondie des phénomènes liés aux dégradations et aux défaillances des équipements, combinée à la maîtrise des techniques avancées de traitement du signal et de contrôle/commande. Une attention particulière est portée à la conception de commandes robustes et résilientes capables de maintenir les performances des systèmes en présence de défauts.

Les travaux ont progressivement évolué vers des approches hybrides combinant modèles physiques, intelligence artificielle (notamment des jumeaux numériques cognitifs et des modèles fondationnels type LLM), données multi-sources et validation expérimentale.

Les applications visées concernent principalement les énergies renouvelables, notamment les systèmes marins (éolien offshore, hydrolien et houlomoteur), ainsi que les véhicules électriques et hybrides (drones marins, navires électrifiés et systèmes hybrides embarqués).

Les recherches contribuent au développement de systèmes à haute fiabilité et forte tolérance aux défaillances, capables d’évoluer dans des environnements contraignants tels que le milieu marin. Elles s’appuient également sur plusieurs plateformes expérimentales dédiées à la validation des méthodes développées et à l’évaluation des performances des systèmes en conditions réelles.

Matériaux et systèmes en usage

Cet axe de recherche développe des outils expérimentaux et numériques dédiés à la caractérisation, la modélisation et la prédiction du comportement en usage des matériaux et des systèmes énergétiques. Les travaux visent principalement à améliorer l’efficacité énergétique, la fiabilité et les performances de solutions innovantes destinées notamment au secteur du bâtiment. Les recherches portent sur l’isolation thermique, le stockage de chaleur (sensible et latent) et l’étude de matériaux biosourcés ou multifonctionnels, en combinant mesures expérimentales, simulations multiphysiques et modélisation à différentes échelles. Un second volet concerne le stockage et la conversion électrochimique de l’énergie à travers l’étude des électrolyseurs, batteries et autres systèmes électrochimiques complexes, intégrant des approches multi-physiques et multi-échelles.

Procédés de transformation de matériaux

Cet axe de recherche vise à améliorer l’efficacité énergétique des procédés de transformation de matériaux tout en réduisant les rebuts de production. Les travaux portent principalement sur des opérations fortement consommatrices d’énergie (séchage, cuisson) ou des procédés complexes (fermentation, méthanisation, extraction solide/liquide).

L’originalité de l’approche repose sur la combinaison de différents modes d’apport de chaleur (conduction, convection, rayonnement infrarouge), parfois associée à l’utilisation de procédés innovants de traitement de la matière (champs électriques pulsés, détente instantanée contrôlée, jets d’air impactants).

Les recherches s’appuient sur des approches expérimentales multi-échelles (du produit jusqu’à l’échelle pilote) permettant de caractériser et de prédire les cinétiques de transformation des matériaux et la qualité sanitaire des produits. En complément, des modélisations multi-physiques permettent d’une part d’accroître la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu, alors que d’autre part des modèles simplifiés sont développés afin d’améliorer le dimensionnement, le pilotage et la commande des systèmes industriels.