Dossier de veille - Matériaux pour la transition environnementale

Le solaire et l’éolien, plus intensifs en acier que les centrales à gaz ou à charbon

Créé le : 23/10/2020

P.  3 La recherche en matériaux à l’IMT

P.  5 Matériaux pour le développement durable

P.15 Obsolescence et durée de vie

P.28 Hautes performances et faible impact

Les travaux de l'Institut Mines Télécoms

Le développement d’écomatériaux à partir de ressources renouvelables ou d’objets en fin de vie et de technologies plus respectueuses de production, consommation, stockage d’énergie, implique 16 centres.

Les matériaux de structure posent le problème d’un usage massif: moins d’énergie d’obtention, plus haute résistance, plus recyclés, les faire durer. Les centrales solaires et éoliennes, à forte intensité de matériaux, séquestreront, en 2050, 2 à 8 fois la production mondiale 2010 en béton, métaux, verre. Les innovations incluent les architectures hybrides et composites, le Design inverse, le jumeau numérique, la collecte de données, l’économie décarbonée: e-mobilité, hydrogène, extraction de chaleur, récupération du CO2.

Les progrès d’obsolescence incluent le recyclage de polymères, caoutchoucs, composites, fibres et les matériaux pour l’énergie: graphène, céramiques pour stockage d’énergie, échangeurs en polymères conducteurs, piles à combustible. La fragilisation par l’hydrogène pose le problème de modes d’action multiples, parfois simultanés, évoluant avec les nouveaux matériaux. Sur les canalisations de gaz avec quelques % d’hydrogène, il n’a d’effet qu’à un stade avancé de déformation plastique, ce qui est rassurant.

Matériaux à hautes performances. Les biocomposites peuvent avoir une matrice PLA, BPSA, PBAT et mélanges et des fibres de lin ou autres (naval, ferroviaire, aéro). Les métaux posent la question de l’allègement aciers médium manganèse ou HSHF (high strength high formability)  en automobile;  aciers à 5 phases et aciers bas cobalt en aéro; et de la réparation (WAAM). Les céramiques par fabrication additive visent les aubes de turbine: amélioration de température, de rendement, de masse, meilleure résistance à l’oxydation. La production de bases carbone (noir de carbone, fullerène, nanotubes, nanofils) peut se faire avec une co-production d’hydrogène.

Que retenir d'essentiel

Immense besoin de matériaux pour la transition environnementale:

  • Métallurgie numérique, simulation, jumeau numérique, conception pour l’allègement, architectures multimatériaux, fabrication additive font partie des cartes du Cetim
  • Aider les secteurs: production de matériaux nouveaux, moins énergivores, à meilleure performance; réduction de l’intensité en matériaux des ENR; matériaux pour l’énergie (mobilité, stockage d’énergie, échangeurs, piles à combustible…)

Matériaux durant plus longtemps et réutilisables:

  • Collecte de données, surveillance pour faire durer plus longtemps les équipements, procédé pour les réparer
  • Aspect cycle de vie: recyclage des matériaux, réutilisation de parties d’équipements
  • Fragilisation par l’hydrogène à mieux connaître: modes d’action, comportement des nouveaux matériaux