Créer des transports écologiques grâce à l’hydrogène

Localisation  : Toulouse (Haute-Garonne – 31)

« Grâce à l’Europe et à la Région nous avons pu employer pendant deux ans une dizaine de jeunes scientifiques, augmenter de 400 m² la surface de la plateforme et acquérir de nouveaux équipements, ce qui a permis de développer de nombreux partenariats industriels et universitaires, et même de créer une start-up pour valoriser l’ensemble de ces investissements »

Bénéficiaire  : Institut National Polytechnique de Toulouse

Site internet :
www.laplace.univ-tlse.fr
www.inp-toulouse.fr

La plateforme hydrogène « PACAERO » (Piles A Combustibles pour l’AEROnautique)

Grâce au projet PACAERO, la Plateforme Hydrogène, initiée en 2010 et gérée par le Laboratoire LAPLACE (génie électrique notamment), a augmenté sa surface de 400m2 et a accru très fortement ses moyens d’essais autour des technologies H2 (piles à combustible, électrolyseur d’eau). Le projet PACAERO (environ 6 millions d’euros) a été financé par le contrat de projets Etat-Région 2014-2020 (Etat, Région Occitanie et Toulouse Métropole), l’Appel à Projets « Plateformes mutualisées » (cofinancé par la Région Occitanie et l’Union européenne via le Fonds européen FEDER), par des partenaires industriels (SAFRAN, SCLE SFE) et des fonds propres.

L’hydrogène-énergie au service de la transition énergétique

Dans un contexte de raréfaction programmée des ressources d’hydrocarbures, le secteur automobile est désormais tout entier tourné vers le développement de moteurs électriques alimentés par une pile à combustible. Bien que les stations de distribution d’hydrogène soient encore rarissimes en France (moins d’une dizaine sur l’ensemble territoire dont celle d’Eveer’Hy’Pole à Albi), les premiers véhicules de série ont été commercialisés fin 2014 par Toyota et Hyundai.

Historiquement, les premières piles à combustibles (PaC) ont été développées par la NASA dans les années 1970, pour les besoins de l’astronautique. Les leaders de l’aéronautique civile s’intéressent eux aussi aux PaC, lesquelles promettent de très intéressantes perspectives de réduction des coûts d’exploitation, ainsi que des émissions de CO2 et de l’impact sonore.

Airbus et Boeing ont respectivement réalisés leurs premières démonstrations en vol en 2007 et 2008. C’est dans ce dernier cadre d’application, pour satisfaire aux sévères contraintes de masse embarquées, que se révèle toutes les opportunités d’exploitation des PaC, considérées alors comme des systèmes multifonctionnels fournisseurs d’énergie électrique, mais aussi de chaleur, d’eau et d’azote. C’est pourquoi les équipementiers de l’aéronautique (Rolls- Royce, Safran, Zodiac, Honeywell, etc.) prennent également possession de cette technologie. Nombreuses sont les fonctionnalités au sol, proposées par l’aéroport (comme les véhicules taxi) qui pourraient elles aussi être rapidement revisitées par cette technologie.

Mais pour que se généralise l’usage de l’hydrogène-énergie, encore faut-il que sa production – énergivore – se fasse avec un bilan carbone favorable. Or, le couplage de la production d’hydrogène avec la production d’énergies renouvelables offre d’intéressantes opportunités de synergie pour le développement de réseaux électriques intelligents. Au sein de tels réseaux, en effet, l’hydrogène intervient comme moyen de stockage lorsque la production d’énergie renouvelable excède la demande locale.

C’est dans ce contexte que les laboratoires LAPLACE (génie électrique), CIRIMAT (matériaux), LGC (génie chimique) et IMFT (mécanique des fluides) ont porté au CPER 2014-2020 le projet d’une mise à niveau ambitieuse de la plateforme hydrogène (développée en 2010 sur fonds propres du LAPLACE et de l’INPT). Renommée pour l’occasion PACAERO (Piles A Combustibles pour l’AEROnautique), la plateforme a pour objectif de se doter des moyens nécessaires à la conduite d’investigations plus poussées (approche multidisciplinaire) sur les technologies de l’hydrogène en vue de permettre leur intégration efficace au sein de micro-réseaux électriques intelligents, qu’ils soient embarqués à bord d’avions de lignes de plus en plus électriques, ou bien implantés au sein d’infrastructures aéroportuaires mettant à profit le stockage d’hydrogène pour électrifier davantage de fonctions supports et/ou valoriser des énergies renouvelables.

Cette plateforme héberge également les expérimentations de trois autres laboratoires aux compétences complémentaires et partageant les mêmes tutelles (CNRS, Toulouse INP, Université Toulouse III – Paul Sabatier) : le CIRIMAT (matériaux), le LGC (génie chimique) et l’IMFT (mécanique des fluides).

La plateforme en chiffres  :
* 4 laboratoires aux compétences complémentaires :

• LAPLACE (Laboratoire plasma et conversion d’énergie) – gestionnaire de la plateforme
• LGC (Laboratoire de génie chimique)
• IMFT (Institut de mécanique des fluides de Toulouse)
• CIRIMAT (Centre inter-universitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux)

* 650m2 de surfaces expérimentales H2 répartis sur les 3 sites de :

• Laboratoire Laplace – Campus Toulouse INP (Toulouse-Labège) – 500 m²
• IMFT (site Toulouse INP – IMFT, Ile du Râmier) - 90 m²
• Laplace (site Toulouse INP - ENSEEIHT, Toulouse centre) – 60 m² H2 + 100 m² micro-réseaux intelligents

> Plus de 30 bancs de tests et autres moyens d’essais.

Descriptif de l’entreprise :
L’Institut national polytechnique de Toulouse avec un statut d’université, avec ses caractéristiques scientifique, culturel et professionnel, fédère six écoles d’ingénieurs dont les formations sont fortement adossées aux laboratoires de recherche de l’établissement. Il offre un cadre propice à l’innovation et très ouvert à l’international. Il garantit aux étudiants des formations de qualité, un grand choix de parcours adaptés aux besoins des entreprises et une insertion professionnelle rapide.
Toulouse INP est classé 5e établissement français le plus performant selon le palmarès international U-Multirank 2020 (sur 52 établissement français). En ayant progressé dans toutes les disciplines comme l’enseignement et l’apprentissage, la recherche, les transferts de connaissance et l’engagement durable, Toulouse INP affiche un total de 15A.

Les spécialités pour lesquelles il est le plus reconnu sont l’ingénierie industrielle, des matériaux et de l’environnement. Il développe des liens avec les universités et les organismes de recherche du monde entier. Actuellement on compte une large gamme de programmes et projets de coopération européenne et internationale avec plus de 60 pays.
L’INP de Toulouse est l’un des 4 grands sites du Groupe INP qui fédère plus de 30 grandes écoles d’ingénieurs en France, soit plus de 21 000 étudiants, dont 1 360 apprentis et 2 400 doctorants, 6000 ingénieurs diplômés chaque année, 110 doubles diplômes proposés - 113 000 diplômés en activité. Le Groupe INP développe les synergies entre écoles au bénéfice des étudiants grâce aux parcours croisés.
Toulouse INP est aussi membre fondateur de l’Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées.

Thématique  : Recherche, Enseignement supérieur, Energies renouvelables

Résumé et objectifs du projet :
Le projet PACAERO, un contexte aéronautique, consiste, sur le plan matériel, à étendre (surface et moyens de tests) la plateforme H2 initiée en 2011 par le laboratoire LAPLACE, ce qui a permis d’impliquer sur cette plateforme trois autres laboratoires : le CIRIMAT, le LGC et l’IMFT. Sur le plan des objectifs scientifiques, cet outil vise l’étude expérimentale des potentialités des technologies hydrogène H2 (piles à combustible, électrolyseurs d’eau) en recherchant une synergie entre les micro-réseaux électriques aéronautiques et ceux terrestres.

Fonds européen : Fonds européen de développement régional (FEDER)