En tirant parti de l’expertise de l’IRCER sur les matériaux et d’XLIM sur leur compatibilité électrique/optique, les équipes travaillent sur les systèmes et les procédés afin de proposer des solutions d’éco-construction ainsi que des véhicules à consommation d’énergie maitrisée et compatibles avec l’intégration de WSN.

• Matériaux et systèmes pour les économies d’énergie           

Éco-construction : En cohérence avec la directive européenne sur l’efficacité énergétique (EED) et la directive européenne sur la performance des bâtiments (EPBD), le développement de matériaux à faible empreinte carbone et durables qui nécessitent moins d’énergie pour leur traitement, ainsi que des solutions innovantes pour recycler et valoriser les déchets de construction et de démolition sont recherchés.

Véhicules : Développement de nouveaux matériaux et de couches de barrière environnementale, en particulier à l’échelle nanométrique, par projection plasma en suspension ou en solution pour créer des surfaces ou des couches qui ont des propriétés de faible coefficient de frottement, de grande résistance à l’usure, de faible conductivité thermique. Toutes ces propriétés sont la clé d’économies d’énergie, principalement par la réduction de la consommation, comme par exemple dans les turbines à gaz, en augmentant la température dans la chambre de combustion et par voie indirecte, avec la réduction de la friction dans les systèmes mécaniques.

• Les matériaux et les systèmes en tant que nouveaux vecteurs d’énergie

En raison du réchauffement climatique et de la pénurie future de combustibles fossiles, l’hydrogène devrait devenir un vecteur d’énergie propre essentiel dans un avenir proche. Dans ce contexte, les recherches suivent 2 axes liés à la production (Steam Methane, Reforming, Water Splitting…) et à l’exploitation de l’hydrogène et de ses dérivés comme source d’énergie (PEM, SOFC…)

• Faible empreinte carbone et durabilité des matériaux, des procédés et des dispositifs

Ce thème concerne les économies d’énergie du point de vue de l’empreinte carbone, l’utilisation de matériaux verts ou de déchets recyclés dans la construction, la minimisation des matériaux rares ou dangereux dans les dispositifs (suppression du plomb dans les matériaux piézoélectriques, solvants verts pour l’électronique organique…). Deux approches sont proposées concernant l’architecture des dispositifs, comme les « dispositifs à faible facteur de forme basés sur des matériaux verts » ou l’utilisation de technologies additives telles que l’impression 2D/3D pour l’économie de matériaux.

Ce défi vise à poursuivre les efforts sur les dispositifs et les logiciels de maitrise de l’énergie.

• Des matériaux innovants pour les capteurs

Il existe une demande croissante de matériaux intelligents intégrés dans de nouvelles générations de dispositifs, tels que des systèmes de détection par capteurs et sans fil (antennes), des micro-sources pour alimenter les nœuds WSN, des émetteurs et récepteurs de lumière… Ces matériaux peuvent opérer un changement de phase en cas de perturbations lumineuses, thermiques ou électriques. Ils peuvent être utilisés comme partie active de dispositifs (interrupteurs) ou en tant qu’interface avec des propriétés optiques et électriques contrôlées et reconfigurables. La recherche est principalement axée sur les verres de chalcogénure, les oxydes métalliques, les oxydes de pérovskite, la nano-texturation des matériaux et la compatibilité avec les processus électroniques.

• Récupération et stockage de l’énergie par hybridation

Les cellules solaires, qui répondent aux besoins énergétiques des nœuds de capteurs, ont été fabriquées par des technologies d’impression. Des micro-piles sont en cours de développement et des procédés doivent être mis au point afin d’intégrer à la fois la collecte et le stockage de l’énergie lumineuse (solaire ou éclairage d’intérieur) dans un dispositif monolithique pouvant être connecté à n’importe quel nœud de capteur. En outre, la gestion électronique de ce dispositif doit être étudiée. Des études préliminaires sur les sources de collectage d’énergie (RF, thermoélectricité et piézoélectricité) sont explorées. Dans ce contexte, des générateurs thermoélectriques efficaces (TEG) basés sur des matériaux actifs hybrides organiques/inorganiques imprimés sur papier par jet d’encre sont élaborés et caractérisés.

• Traitement et transmission des données (matériel/logiciel) sûrs et efficaces sur le plan énergétique

Selon Gartner, le nombre d’objets connectés dépasse aujourd’hui celui de la population humaine dans une proportion de trois. Ces grandes quantités de données constituent un défi non seulement pour leur traitement, leur sécurité, leur analyse et leur visualisation, mais aussi pour les coûts énergétiques. Une économie d’énergie substantielle peut être réalisée grâce à la technique de la détection par compression et au traitement intelligent des données. Les challenges consistent à déterminer une matrice de mesure déterministe optimale, déterminer comment crypter les mesures sans coût énergétique supplémentaire et étudier, au-delà du formalisme linéaire de la détection par compression, comment la modélisation paramétrique du processus mesuré peut être exploitée pour reconstruire le signal au moins aussi efficacement que la compression linéaire.