- rapport d'activités année 2013

LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Rapport d’activité 2013
Le LOCIE, UMR 5271 est le Laboratoire de l’INES représentant le CNRS et Université de Savoie dans
les domaines du bâtiment durable et des systèmes énergétiques associés. Le LOCIE se positionne en
tant d’unité de ressourcement sur ces activités et travaille en étroite collaboration avec les laboratoires
LEB, LMPV et LETH du CEA. Ses activités se déclinent en 4 groupes opérationnels : conversion locale
de l’énergie pour l’autonomie des bâtiments ; systèmes solaires thermiques et stockage ; maitrise des
flux pour la qualité des ambiances, caractérisation des bâtiments ; évaluation et amélioration des
performances.
Le LOCIE en chiffres (1er juin 2013) :
er
Le LOCIE était composé au 1 juin 2013 de 61 membres, dont 24 enseignants-chercheurs et
chercheurs (7 professeurs, 15 maîtres de conférences) relevant essentiellement des sections 60 et 62
du CNU, et de la section 10 du CNRS, 2 attachés temporaires d’enseignement et de recherche,
1 maître de conférence associé à mi-temps, 2 professeurs émérites, 1 chercheur bénévole,
27 doctorants, 2 post-doctorant, 6 personnels administratifs et techniques.
Le LOCIE a participé à 8 projets ANR dans le cadre des programmes, HABISOL (2 ANR), STOCKE (1
ANR), SEED (2 ANR), VBD (3 ANR) ainsi qu’à 1 projet FUI. Il était impliqué dans le programme énergie
du CNRS et dans des programmes de recherche régionaux via les ARC énergie et environnement. 6
contrats étaient en cours avec des industriels.
Le budget de fonctionnement 2013 du LOCIE était de 400 k€ pour un budget consolidé de
2 801 k€. Les subventions d’état (CNRS et Université) apportent 40% des ressources de
fonctionnement laboratoire 77% de la masse salariale. Les projets ANR, les contrats industriels, et les
projets FUI représentant respectivement 42 %, 14% et 10 % des ressources. Les subventions de la
Région et des collectivités territoriales, de l’Ademe, participent au budget du laboratoire dans une
moindre mesure.
2%
6%
10%
3%
SUBVENTION ETAT
BQR Université
23%
ANR
Contrats industriels
42%
0%
14%
Projets Région Rhône Alpes
FUI
Dotation CNRS
Ress. Propres CNRS
Répartition des crédits de l’unité
1
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
En 2012, 23 articles ont été publiés par le laboratoire dans des revues internationales à comité de
lecture. 10 communications ont été réalisées dans des congrès internationaux avec actes. Le
laboratoire a aussi participé à 13 congrès nationaux ou internationaux sans actes. 7 thèses ont été
soutenues dont 6 en rapport avec les activités de l’INES (Xavier MOCH « Étude du comportement
d'échangeurs compacts enterrés dans le proche sous-sol et de leur couplage à des bâtiments à haute
efficacité énergétique », Yeweon KIM « Etude numérique et expérimentale d’une pompe à chaleur
thermoélectrique innovante basée sur une conception intégrée et la technique du jet impactant »,
Zakaria MOUKITE « En quoi l'ingénierie peut-elle être une clé de pilotage de projets d'audits, de
diagnostic du parc immobilier existant pour les décideurs maires des collectivités territoriales? »,
Xiaofeng GUO « Intensification des transferts dans un mini-échangeur multicanaux multifonctionnels »,
Pierre Balthazar LECHENE « Conception, caractérisation et durée de vie de cellules photovoltaïques
tandems » et Jeanne GOFFARD « Impact de la variabilité des données météorologiques sur une
maison basse consommation. Application des analyses de sensibilité pour des entrées temporelles
corrélées»).
Ressources humaines
Trois nouveaux enseignants-chercheurs ont intégré le LOCIE en 2013. Christian RUYER-QUIL,
professeur et membre de l’Institut Universitaire de France, Olivier PLE, professeur en génie-civil et
Simon ROUCHIER, maître de conférences en thermique énergétique viennent respectivement renforcer
les compétences de l’unité en modélisation sur l’intensification des transferts, en analyse du
comportement des structures, et en performance énergétique des bâtiments.
Evènements marquants
Le LOCIE a participé et co-organisé avec le CEA-LEB la conférence internationale « Building
Simulation 2013 » La 13ème conférence internationale d’IBPSA World (International Building
Performance Simulation Association) s'est déroulée avec un grand succès du 25 au 29 août en Savoie :
Aix-les-Bains, Chambéry et à l’Université de Savoie (www.bs2013.fr). Plus de 700 chercheurs et
ingénieurs, représentant les universités et les centres de recherche et développement de 45 pays, ont
présenté leurs travaux, et partagé leurs savoir-faire. Les journées ont été intenses, avec plus de 480
communications scientifiques présentées en 6 sessions parallèles, dédiées aux différents aspects de la
simulation énergétique dans le bâtiment. En plus de sujets traditionnels, tels que la validation des
modèles et des outils, représentations hygro-thermo-aérauliques du bâtiment, il convient de noter
l'intérêt croissant pour les problématiques liées au comportement de l'occupant du bâtiment et les
interactions usagers-bâtiment ainsi qu’à l’utilisation des méthodes d’analyse de sensibilité et
d’incertitude. Une autre thématique de plus en plus préoccupante: la modélisation et la gestion de
l'énergie à l'échelle du quartier.
Les 25 et 26 mars, se sont tenues, à l’initiative du LOCIE, les premières journées « Enjeux scientifiques
de la réhabilitation des bâtiments ». Elles ont réunies une quarantaine de chercheurs pour exposer les
recherches menées sur le sujet dans les différents organismes concernés (laboratoires universitaires :
CETHIL et LGCIE de Lyon, LaSIE de La Rochelle, LMDC de Toulouse, LaMI de Clermont-Ferrand ainsi
que CSTB, CETE, CEA-INES, IFFSTAR).Les tables rondes qui concluaient les ateliers ont permis de
rédiger une synthèse qui aidera à structurer les travaux pour les années à venir. Les journées se sont
achevées par la visite commentée par la maîtrise d’œuvre (cabinet Paris) d’un chantier de réhabilitation
en cours dans le cadre de la rénovation urbaine (projet ANRU) du quartier Franklin Roosevelt à Aix les
Bains.
2
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Visite à mi-parcours de l’Unité
Les tutelles (Université de Savoie et CNRS) ont visité le LOCIE à l’occasion du mi-parcours de l’Unité.
Le comité était composé de M.Y. PERRIN, DAS sections 10/4, A. DOLLET, DAS Energie, C.
ARGENTO, adjointe au délégué régional de la délégation Alpes du CNRS, D. VARASCHIN, de
l’Université de Savoie, R. KOSSAKOWSKIi, VP Recherche et K. HASSOUINI, Directeur Laboratoire
des sciences des procédés et des matériaux, UPR 3407 - PARIS 13. Le bilan des activités du
laboratoire, l’évolution de sa structuration et de son projet scientifique ont été présentées. Le comité a
pu apprécier la nouvelle dynamique du laboratoire et son effort continu de recentrage de ses activités
de recherches.
Relations avec les partenaires de l’INES
Partenariat avec le CEA
Le LOCIE a interagi avec trois laboratoires du CEA-INES en 2013 :

le Laboratoire des systèmes Thermiques (LETh) : 3 codirections de thèse (thèse de A. GONDA
sur l’évaporation basse pression, thèse de X MOCH sur la Géothermie, et thèse de Amine
LAZRAK sur la caractérisation des performances énergétiques des systèmes thermiques
innovants pour le bâtiment au travers d'essais de courte durée en régime dynamique), 2 projets
communs dont 1 ANR (ANR Prossis 2 sur le stockage intersaisonnier), 1 projet industriel
(Contrat RYB).

le Laboratoire Energétique du Bâtiment (LEB) : 4 codirections thèses (thèse de J GOFFARD sur
les incertitudes, thèse de Mickael RABOUILLE sur l’analyse multicritères pour la requalification
du bâti, thèse de Anna-Maria STEPHANIOU sur le développement d’un outil d’évaluation de la
performance énergétique des MEPOS et thèse de Guilian LEROUX sur l’analyse énergétique et
exergétique du potentiel de rafraichissement solaire par procédés ouverts de type dessicant
cooling et humidification directe et indirecte). 3 projets communs dont 2 projets ANR (ANR
Hygrobat sur l’humidité dans le bâtiment, ANR Fiabilité sur la fiabilité des prévisions des
performances énergétiques des bâtiments) et 1 projet FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique
des bâtiments)).

le Laboratoire des technologies pour les modules photovoltaïques (LMPV). 2 codirections de
thèse dans le cadre d’un projet APS (thèse de P.B. LECHENE et Guillaume SCHUCHARDT sur
le PV organique).
Partenariat avec le CSTB
LOCIE a essentiellement interagi avec les centres de Grenoble et de Sofia Antipolis. 2 codirections de
thèse (thèse de Clément BELLEUDY sur la modélisation des transferts d’air et leur impact sur le
comportement hygrométrique des bâtiments et thèse de Mathieu THOREL sur l’optimisation des
stratégies de réhabilitation énergétiques des bâtiments), 5 projets en commun dont 4 ANR (ANR
Fiabilité sur la (simulation thermique et énergétique des bâtiments, ANR Hygrobat sur la conception
hygro-thermique des bâtiments, ANR HUMIBATEX sur la prédiction des désordres causés par
l'humidité et les solutions techniques pour rénover le bâti existant, ANR MOBAIR sur la maîtrise des
transferts d’AIR et leur impact sur le comportement hygrothermique des Maisons à Ossature Bois) 1
projets FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique des bâtiments).
3
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Relations internationales
Le LOCIE a accueilli le M Ian BEAUSOLEIL MORRISON de l’Université de Carlton, président de
l’association IPBSA World, en tant que professeur invité pour une durée de 2 mois pour travailler sur la
modélisation couplée des systèmes de stockage enterrés de chaleur sensible pour l’habitat. Les
laboratoires LET et LEB du CEA-INES sont associés à cet échange dans le cadre de l’INES. La venue
de Ian BEAUSOLEIL MORRISON s’inscrit également dans un contexte international particulier. En
effet, le campus du Bourget de Lac de L’Université de Savoie a été sélectionné par l’association
scientifique internationale IBPSA (International Building Simulation Association) pour accueillir son
prochain congrès international Building Simulation 2013 du 25 au 28 aout 2013.
Le laboratoire a également accueilli pour des séjours de plus courte durée les professeurs Ali
MESSABHIA et Karim DEHINA d’Algérie et le professeur CHALONGRAT de Thailande pour travailler
respectivement sur les problématiques de structure des bâtiments, de rafraîchissement en climats
chaud et de conversion d’énergie.
Marx CHHAY maître de conférence est parti 2 mois au Brésil dans le laboratoire SIEA en tant que
professeur invité pour travailler sur les machines à absorption ammoniaque/eau pour les applications de
rafraîchissement solaire. Amen AGBOSSOU, professeur, a participé au programme international
Franco-Thaïlandais PHC SIAM sur la récupération de micro-énergies. Clément BELLEUDY, doctorant,
est parti travailler 6 mois à l’Université de Concordia de Montréal sur les problématiques d’étanchéité à
l’air dans le cadre d’une bourse explora-doc.
Faits marquants
Conception, caractérisation et durée de vie de cellules photovoltaïques
organiques tandems à base de PCDTBT (thèse de Pierre, Balthazar
LECHÊNE)
Ce travail a été réalisé en collaboration entre les laboratoires LOCIE et LMPV du CEA Ines
Pour être viable économiquement, les cellules photovoltaïques organiques doivent dépasser 10 % de
rendement et atteindre plusieurs milliers d’heures de durée de vie. Les cellules tandems constituent une
voie probante d’augmentation des rendements. Ce travail de thèse a pour objectifs l’élaboration de
cellules organiques tandems puis l’étude de leur fonctionnement et de leur vieillissement. Dans un
premier temps, les paramètres gouvernant le rendement de cellules photovoltaïques organiques sont
examinés sur le modèle de cellules simples à base de PCDTBT. Des caractérisations s’appuyant sur la
spectroscopie d’impédance mettent en valeur le rôle joué par chacune des couches constitutives de la
cellule. Dans un deuxième temps, un protocole de fabrication des cellules tandems connectées en série
est établi. Celui-ci traite successivement les trois points critiques pour l’efficacité des tandems : choix
des polymères aux absorptions complémentaires, puis mise au point de la couche intermédiaire (CI) et
enfin optimisation des épaisseurs. Une attention particulière est portée au fonctionnement de la CI.
Pour optimiser les épaisseurs, un programme de simulation des phénomènes optiques est élaboré et
ses prédictions comparées aux résultats expérimentaux. Enfin, le vieillissement des cellules simples et
tandems est étudié sur des temps de plusieurs centaines ou milliers d’heures. Les diminutions de
performances observées sont liées à la dégradation des couches d’interface tandis que la couche
active semble stable. Les cellules tandems organiques présentent un fort potentiel pour l’obtention de
rendements élevés et stables dans le temps.
4
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Cellules simples avant évaporation de la
cathode d’aluminium. A gauche, P2, à droite,
PCDTBT
Caractéristiques d’une cellule tandem fraîche et
vieillie 20 heures sous illumination
Intensification des transferts dans un
multifonctionnel (Thèse de Xiaofeng GUO)
mini-échangeur
multicanaux
Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, et l’optimisation d’un miniéchangeur multicanaux multifonctionnel qui peuvent être mis en œuvre dans le cadre de petites
installations énergétiques. Une conception originale d’échangeur multifonctionnel, avec une géométrie
interne multi-échelle, a été proposée dans un brevet (Module de circulation de fluide, FR 10 03054,
WO/2012/010620).
Les échangeurs étudiés durant cette thèse sont de conception multifonctionnelle, ils intègrent les
fonctions d’échangeur de chaleur, de distributeur et de collecteur de fluide, de réacteurs tubulaires en
parallèles et de mélangeur. Le travail a porté sur la compréhension des phénomènes régissant le
mélange, et la distribution de temps de séjour (DTS) tout en prenant en compte l’importance des
phénomènes thermiques et du point de vue transfert de chaleur global. La double approche
expérimentale et numérique a permis de mettre en évidence et d’expliquer le fonctionnement particulier
de ce nouveau type d’échangeur. Pour ce faire des structures tubulaires arborescentes permettant de
répartir ou de réunir les fluides dans des canaux en parallèle ont été étudiées à l’aide de la simulation
CFD, fabriquée par stéréo lithographié et étudiée expérimentalement.
Les résultats obtenus montrent les bénéfices de ce système intégré avec sa distribution homogène des
fluides, son mélange rapide, ses transferts intensifiés, ses faibles pertes de charge et sa capacité de la
gestion thermique d’une réaction chimique. Les méthodes de caractérisations utilisées ou développées
dans ce travail, qu’il s’agisse de la modélisation et de l’expérimentation, peuvent être appliquées pour
d’autres équipements similaires.
5
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Evolution du temps de mélange avec le taux de dissipation énergétique
(a) présente étude (b) résultats de la littérature
Dimensionnement d’une pompe à chaleur thermoélectrique couplée à un
bâtiment BBC (Thèse de Kim YEWEON)
Les travaux menées en parallèle dans le cadre de la thèse CIFRE de YEWEONeon Kim, financée par
EDF R&D, et au cours du projet FUI SYSPACTE, impliquant les industriels ACOME et ANJOS, ont
permis de proposer des architectures innovantes pour répondre aux besoins de chauffage dans un
Bâtiment Basse Consommation (BBC) par la conversion thermoélectrique. Différentes configurations
d’échangeurs ont été envisagées (jet impactant, ailettes, mini-canaux en parallèle) en fonction des
fluides caloporteurs retenus (air ou eau). Le dimensionnement des modules thermoélectriques (nombre,
dimensionnel et répartition) a également été optimisé à l’aide de modèles numériques pour un
fonctionnement sur l’année. Le principal résultat issu de ces études porte sur le dimensionnement des
modules thermoélectriques. Nous avons pu monter qu’un dimensionnement basé sur les conditions de
la norme EN 145-111 tend à largement surestimer le nombre de modules thermoélectriques
nécessaires à performances saisonnières égales (de près de 40% pour un bâtiment BBC à Macon).
6
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Dimensionnement d’une pompe à chaleur thermoélectrique air/air à jets impactant
Impact de la variabilité des données météorologiques sur une maison basse
consommation. Application des analyses de sensibilité pour des entrées
temporelles corrélées (Thèse de Jeanne GOFFARD)
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR FIABILITE qui porte sur la fiabilité des logiciels
de simulation thermique dynamique et plus particulièrement sur les sources potentielles de biais et
d’incertitude dans le domaine de la modélisation thermique et énergétique des bâtiments basse
consommation. Les sollicitations telles que les occupants, la météo ou encore les scénarios de
consommation des usages font partie des entrées les plus incertaines et potentiellement les plus
influentes sur les performances d’un bâtiment basse consommation. Il est nécessaire pour pouvoir
garantir des performances de déterminer les dispersions de sortie associées à la variabilité des entrées
temporelles et d’en déterminer les variables responsables pour mieux réduire leur variabilité ou encore
concevoir le bâtiment de manière robuste. Pour répondre à cette problématique, on se base sur les
indices de sensibilité de Sobol adaptés aux modèles complexes à grandes dimensions tels que les
modèles de bâtiment pour la simulation thermique dynamique. La gestion des entrées fonctionnelles
étant un verrou scientifique pour les méthodes d’analyse de sensibilité standard, une méthodologie
originale a été développée dans le cadre de cette thèse afin de générer des échantillons compatibles
avec l’estimation de la sensibilité. Bien que la méthode soit générique aux entrées fonctionnelles, elle a
été validée dans ce travail de thèse pour le cas des données météorologiques et tout particulièrement à
partir des fichiers météo moyens (TMY) utilisés en simulation thermique dynamique.
Les deux aspects principaux de ce travail de développement résident dans la caractérisation de la
variabilité des données météorologiques et dans la génération des échantillons permettant l’estimation
de la sensibilité de chaque variable météorologique sur la dispersion des performances d’un bâtiment.
A travers différents cas d’application dérivés du modèle thermique d’une maison basse consommation,
la dispersion et les paramètres influents relatifs à la variabilité météorologique sont estimés. Les
résultats révèlent un intervalle d’incertitude sur les besoins énergétiques de l’ordre de 20% à 95% de
niveau de confiance, dominé par la température extérieure et le rayonnement direct.
7
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Evolution des indices de sensibilité en fonction du
besoin de chauffage total horaire
Indice de sensibilité principal sur le besoin de
chauffage des deux zones et le besoin total
Etude de triple-vitrages au mois de janvier
Etude théorique et expérimentale d'échangeurs géothermiques hélicoïdaux :
Production de chaud et de froid par pompe à chaleur, et dimensionnement
d'installations (Thèse Xavier MOCH)
Cette thèse de doctorat a été réalisée dans la cadre d’une thèse CIFRE avec la Société RYB en
partenariat avec le CEA. Elle a eu pour objet l'étude d'échangeurs géothermiques hélicoïdaux implantés
dans le proche sous-sol. Ces objets font partie de la famille des échangeurs géothermiques compacts,
et sont une alternative aux sondes verticales et aux nappes horizontales plus couramment utilisées
pour chauffer et rafraîchir des bâtiments (géothermie sèche, très basse enthalpie). L'étude à la fois
théorique et expérimentale de ces échangeurs mène à différents modèles, numériques comme
analytiques, permettant de prévoir le comportement en température du sous-sol comme du fluide
caloporteur.
Différents modèles de corbeilles géothermiques ont été comparés : le modèle en anneaux superposés,
le modèle en cylindre creux, et le modèle 1D axisymétrique. La pertinence de leur emploi a été vérifiée
en comparant des résultats de simulation : d'abord entre ces modèles, puis en utilisant les réponses
d'un modèle réputé fiable, et enfin en confrontant aux résultats du site expérimental : malgré
l'incertitude sur les valeurs thermiques à donner au terrain, cette confrontation a montré que tous les
phénomènes rencontrés pouvaient être décrits correctement. Chaque modèle présente des avantages
et des inconvénients qui lui sont propres, de sorte que le choix du modèle utilise devrait dépendre du
type d'étude menée. Le modèle en cylindre creux semble être le mieux adapté pour mener des études
d'ordre général sur les échangeurs hélicoïdaux, dans la mesure où il est facile a utiliser, rapide
d'exécution, et ne repose pas sur des valeurs empiriques (contrairement au modèle 1D axisymétrique). A partir de ce modèle en cylindre creux, une étude numérique portant sur le rôle des
grandeurs géométriques et thermiques en présence a été réalisée. Il est notable que le pas entre les
spires semble avoir un faible impact thermique sur les températures du sous-sol ; mais il est nécessaire
de prendre en compte cette grandeur, ou de manière équivalente la longueur de l'hélice, lorsque l'on
revient aux températures du fluide caloporteur. En effet, la résistance thermique qui existe entre le
fluide caloporteur et le sol au contact de la corbeille dépend du choix du pas, et ne devrait pas être
négligée lors des dimensionnements.
8
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
Une modélisation analytique a été menée. Cette modélisation aboutit à des formulations
mathématiques directement exploitables par ordinateur, sans nécessiter de recours à des logiciels
fonctionnant par éléments finis. Bien qu'elle ne puisse pas prendre en compte l'effet lié au gel de l'eau,
cette modélisation mathématique permet de d’analyser le rôle des différents paramètres à l'exception
de la fraction d'eau susceptible de geler dans le sous-sol. Un résultat notable porte sur le rôle du facteur
de forme H / R pour comparer différentes géométries de corbeilles géothermiques, et sur le rôle de
l'effusivité thermique du terrain d'installation pour décrire les comportements thermiques courts comme
les cycles de fonctionnement de la pompe à chaleur. Cette théorie conduit encore à une adaptation du
test de réponse thermique aux échangeurs hélicoïdaux, réalisable en une demi-journée, et permet aussi
de justifier l'emploi des puissances géothermiques moyennes plutôt que de d’écrire chaque cycle de
fonctionnement de la pompe à chaleur. Grace à cette théorie, nous justifions également les
recommandations sur la géométrie à donner aux échangeurs. Nous proposons en particulier l'utilisation
de profils non lisses pour les tubes, afin de diminuer la résistance thermique de l'écoulement. Les
éléments à prendre en compte lors du dimensionnement d'une installation ont été identifiés. Des
développements logiciels à même d'aider à la réalisation de tels dimensionnements ont été développés.
Les modèles de bâtiment restant simples, il est apparu nécessaire de réaliser un module sous TRNSYS
pour pouvoir coupler nos résultats a ceux issus de modélisations plus fines du bâtiment, et pouvoir ainsi
étendre les possibilités d'étude, comme l'emploi de tels échangeurs pour effectuer du free-cooling.
Représentation 3D d'une corbeille
Evolution de la température retour d’eau glycolée selon la
teneur en eau du terrain
Cellules photovoltaïques organiques et biopiles à combustible : design,
matériaux et propriétés électriques (HDR de Gérard PERRIER)
Le travail de recherche s’articule ces dernières années autour de la mise en œuvre de l’analyse
d’impédance sur des cellules photovoltaïques organiques et sur des biopiles à combustible. Initiées sur
les cellules simples optimisées d’architectures standard et inverse avec le nanocomposite P3H:PCBM,
les analyses d’impédance ont permis la caractérisation fine des paramètres électriques et la maîtrise de
la simulation par circuits équivalents. L’étude s’est poursuivie avec des cellules de PCDTBT et
PBDTTT-C, polymères complémentaires par leur domaine d’absorption du spectre solaire, dans le but
de comprendre le fonctionnement de la couche intermédiaire dont l’optimisation est nécessaire pour la
fabrication de cellules tandems efficaces. Du côté des biopiles à combustible, les mesures d’impédance
et les simulations ont permis de discriminer les phénomènes électrochimiques anodiques et
cathodiques pour une cellule avec un nouveau type d’anode à mousse poreuse de carbone,
caractérisation qui a été ensuite précisée par une analyse multifactorielle originale. L’usage d’une
9
LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’ENVIRONNEMENT
électrode poreuse a pour perspective la construction de piles à flux traversant, dont un premier
prototype prometteur a été réalisé et caractérisé. Le parcours scientifique ayant conduit à ces activités
récentes est aussi présenté, des cellules photoélectrochimiques à base de phthalocyanine et du dépôt
à courte distance de ZnSe, aux analyses par spectrométrie diélectrique des relaxations interfaciales
dans les polymères semi-cristallins et les composites particulaires.
-Z’’(W)
R-CPE
R-C
hf
bf
Rs mobilité
recombinaison
Z (W)
Spectre d’impédance
Circuits équivalents
Application de la spectrométrie d’impédance à l’étude des cellules photovoltaïques organiques
Perspectives
L’année 2014 sera l’année de l’intégration au bâtiment Helios, qui sera propice au renforcement de la
dynamique avec les laboratoires partenaires de l’INES.
10