Opérations Scientifiques

Le rayonnement solaire terrestre présente une forte variabilité spatiale et temporelle en lien avec le climat.

Dans ce contexte, l’Opération Scientifique « Variabilité et Gestion de l’énergie » propose de documenter la variabilité du rayonnement solaire incident à la surface sur des échelles moyenne à fine dans le temps et l’espace, dans les espaces insulaires de la zone sud-ouest de l’océan Indien en général et à La Réunion en particulier, ceci à des fins d’applications, notamment celles de la prévisibilité des changements climatiques et des variations journalières et horaires  de la ressource.

Pour documenter la variabilité du rayonnement solaire au sol, il est envisagé de développer des données de rayonnement solaire en points de grille à haute résolution avec une couverture spatiale et temporelle continue, par une approche originale alliant deux approches scientifiques :

• Expérimentation
• Modélisation

L’opération scientifique « Variabilité et Gestion de l’énergie » se concentre principalement sur:

• La caractérisation (estimation, prévision) d’une source d’énergie renouvelable : le rayonnement solaire
• La modélisation énergétique de systèmes utilisant une source intermittente fatale variable dans l’espace et le temps. Cette évaluation de la ressource s’avère également indispensable lorsque les systèmes énergétiques associés seront intégrés sur des réseaux  électriques non-interconnectés comme cela est souvent le cas en milieu insulaire.

L’OS1 a encadré 4 doctorants (financement Région Réunion) et une post-Doctorante, Li Peng, dont le  travail a porté sur  la« Variabilité spatio-temporelle du gisement solaire à La Réunion et dans le Sud-Ouest de l’Océan Indien : modélisation régionale de climat »  (financement : Union Européenne et Région Réunion)

Les travaux de recherche menés dans le cadre de L’opération Scientifique (OS) 2 concernent les convertisseurs électrochimique de type PEM (Proton Exchange Membrane) :

• La conception et le design d’une Pile A Combustible réversible (à l’échelle du cœur de pile)

La production d’électricité renouvelable, quel que soit sa source, présente l’inconvénient majeur de son intermittence. La question devient alors « comment stocker l’électricité pendant les pointes de production pour la consommer durant les pointes de consommation » ? Une des solutions préconisées à l’heure actuelle est de stocker l’énergie via un électrolyseur qui convertit l’électricité en hydrogène et oxygène pendant les heures de faible consommation. Cette énergie est ensuite restituée via une Pile A Combustible qui reconvertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité durant les heures de forte consommation.

Les chercheurs de l’OS2 développent à l’heure actuelle un concept innovant de Pile A Combustible réversible à trois chambres pouvant réaliser les fonctions d’électrolyseur ou de Pile A Combustible. Ces travaux ont pour objectif de concevoir un système optimisé, tant du point de vue de l’encombrement, que du point de vue du coût.

• La modélisation et le contrôle d’une Pile A Combustible de type PEMFC (à l’échelle du système)

Les systèmes PaC sont des convertisseurs électrochimiques capables de convertir l’hydrogène en électricité. Plusieurs verrous limitent l’intégration à grande échelle de systèmes PAC de type PEM, parmi lesquels le vieillissement des membranes, qui impacte à la fois la durabilité, les performances et le coût de maintenance des générateurs.

Le fonctionnement des PAC étant régi par des interactions non linéaires, de nature multi physiques et multi échelles, il est difficile de caractériser avec précision les conditions opératoires permettant d’optimiser leurs performances et leur durée de vie.

Les chercheurs de l’OS2 travaillent sur le diagnostic des défaillances du système, ainsi que sur le pronostic de durée de vie. La méthode utilisée est la modélisation du comportement du système et la conception d’algorithmes de contrôle tolérants aux fautes. Ces outils permettent de prévenir le vieillissement prématuré de ces systèmes et, de fait, d’augmenter leur fiabilité et leur durabilité.

Un autre thème connexe, en collaboration avec le laboratoire DSIMB (Dynamique des Systèmes et Interactions des Macro-molécules Biologiques) consiste à explorer, modéliser et optimiser de nouvelles voies biologiques de production d’hydrogène par valorisation de co-produits sucriers (biocarburant de deuxième génération).

Smartphones, drones, capteurs de température ou de mouvement… D’ici à 2020, 50 milliards d’appareils seront connectés à un vaste réseau : l’Internet des objets, dont la technologie utilisée est le capteur sans fil.  De nombreux défis sont à relever. Un préoccupe notre équipe : l’autonomie énergétique des capteurs.

Les réseaux de capteurs s’intègrent parfaitement dans le quotidien de la population pour les années à venir, notamment dans les projets de villes intelligentes. La multitude de données que nous seront capables de mesurer et collecter seront autant de services aux personnes qui pourront être développés (entre autre sous forme de créations d’entreprises).

L’opération scientifique se concentre principalement sur:

• La définition précise de l’évolution énergétique du réseau, à la fois au niveau local (nœud et ses constituants) et global (le réseau dans son ensemble et protocoles de communication)
• Le développement de topologies et de protocoles de routage à faible coût énergétique
• Le couplage énergie/information, avec la récupération d’énergie RF intégrée au sein des protocoles de communication et dans l’alimentation des nœuds du réseau (Wake Up Radio ou Radio Trigger).