The energy of today and tomorrow

Test de la version de laboratoire du propulseur pulsé à arc sous vide PJP (Plasma Jet Pack). Grâce à une technologie basée sur la physique de l’arc sous vide, ce moteur destiné aux satellites n’utilise pas de carburant. Un arc électrique est généré au centre du propulseur entre deux électrodes grâce à l'application d'une haute tension. Le fort courant de l'arc (plusieurs milliers d'ampères) arrache, ionise et accélère la matière de l'électrode négative (cathode). L'éjection de ce plasma produit…

Eolienne. Le développement des fermes éoliennes en Europe modifie le climat de façon extrêmement faible à l'échelle du continent, et ce au moins jusqu'à 2020. Ces conclusions ont été établies à partir de simulations climatiques intégrant l'effet sur l'atmosphère de ces éoliennes. Elles résultent d'un scénario réaliste prévoyant le doublement de la production éolienne d'ici 2020. Plusieurs études ont révélé que le développement de fermes éoliennes peut modifier la circulation atmosphérique, les…

Face avant d'un système pile à hydrogène conçu par la start-up H2Sys. Ce système transforme de l'hydrogène et l'oxygène de l'air en électricité, à la demande, avec pour seuls résidus de l'eau et de la chaleur. Daniel Hissel, lauréat de la médaille de l'Innovation du CNRS 2020 travaille sur ces piles à hydrogène. En moins de 15 ans, ses travaux ont permis d'amener cette thématique émergente jusqu'à un niveau de maturité technologique élevé. Le projet de système pile à hydrogène destiné à…

Face arrière d’un système pile à hydrogène conçu par la start-up H2Sys. Ce système transforme de l'hydrogène et l'oxygène de l'air en électricité, à la demande, avec pour seuls résidus de l'eau et de la chaleur. Des ventilateurs permettent de l'alimenter en oxygène provenant de l'air ambiant. Daniel Hissel, lauréat de la médaille de l'Innovation du CNRS 2020 travaille sur ces piles à hydrogène. En moins de 15 ans, ses travaux ont permis d'amener cette thématique émergente jusqu'à un niveau de…

Semi-remorque frigorifique développé par la société Chéreau et fonctionnant avec un système pile à hydrogène développé par la société H2Sys. Fabien Harel et Daniel Hissel ont participé à ce projet. Daniel Hissel est lauréat de la médaille de l'Innovation du CNRS 2020. Professeur à l’Université de Franche-Comté et chercheur à l’Institut Franche-Comté électronique mécanique thermique et optique - sciences et technologies (FEMTO-ST, CNRS/Université de Franche-Comté/Université de Technologie…

Borane, un matériau pulvérulent utilisé pour le stockage de l'hydrogène, obtenu par mécano-synthèse. Il est contenu dans une jarre en inox avec les billes en acier d'un broyeur à mouvement planétaire.

"Magasin" de barres d'alliage de matériau à changement de phase (MCP). Ce matériau (brevet CNRS/McPhy Energy) coulé dans un four spécial, puis intercalé entre les pastilles d'hydrure, permet de récupérer et stocker la chaleur de réaction lors de l'absorption (exothermique) de l'hydrogène de ces dernières et réciproquement de retourner la chaleur nécessaire à la désorption (endothermique) de l'hydrogène, depuis les pastilles de composite base hydrure de magnésium (MgH2). La société McPhy Energy…

Disque composite à base d'hydrure de magnésium activé (MgH2) et de graphite naturel expansé (GNE) contenant 600 normo litres d'hydrogène. Cette "galette" a été élaborée par la société McPhy Energy à la Motte-Fanjas dans la Drôme. Cette société, spécialiste du stockage d'hydrogène sous forme solide, à base d'hydrures métalliques, s'appuie sur des brevets issus de recherches menées au CNRS.

Héliostat du four solaire de 1 mégawatt du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales, avec au premier plan une cellule photoélectrique et au centre les reflets de la tour foyer et du miroir parabolique. Aussi appelé MWSF (MegaWatt Solar Furnace), le four solaire d'Odeillo est le plus puissant au monde (avec celui de Parkent en Ouzbékistan). Il se compose d'un miroir parabolique éclairé par 63 héliostats et d'une tour foyer. Ces héliostats sont des miroirs plans mobiles qui…

Héliostats de la centrale solaire THEMIS à Targassonne, dans les Pyrénées-Orientales. Cent sept héliostats sont aujourd'hui opérationnels. Ces miroirs plans orientables sont chargés de renvoyer les rayons du Soleil vers la tour. Depuis 2006, le laboratoire PROMES travaille sur ce site (propriété du Conseil départemental) sur un projet appelé PEGASE (Production of Electricity from GAs turbine and Solar Energy). Son objectif est de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire en…

Installation d’un échantillon contenant des cellules photovoltaïques en arséniure de gallium (GaAs), sur un banc de mesure optoélectronique pour la caractérisation de cellules photovoltaïques. La versatilité de cette expérience est grande car elle permet des mesures de réflexion, de transmission, d'absorption, des mesures de courant-tension dans le noir et sous un soleil, ainsi que des mesures de rendement quantique externe d’une grande résolution spectrale.

Mise en place d'un échantillon au sein d'un banc de mesure optoélectronique pour la caractérisation de cellules photovoltaïques en arséniure de gallium (GaAs). La versatilité de cette expérience est grande car elle permet des mesures de réflexion, de transmission, d'absorption, des mesures de courant-tension dans le noir et sous un soleil, ainsi que des mesures de rendement quantique externe d’une grande résolution spectrale.

Mesure de la caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque en arséniure de gallium (GaAs) sous un flux d’un soleil. Elle est placée au sein d'un banc de mesure optoélectronique permettant sa caractérisation. La versatilité de cette expérience est grande car elle permet des mesures de réflexion, de transmission, d'absorption, des mesures de courant-tension dans le noir et sous un soleil, ainsi que des mesures de rendement quantique externe d’une grande résolution spectrale.

Cellule photovoltaïque (point noir) fixée au centre d'un dissipateur en cuivre placé sous un concentrateur solaire, sur le site PROMES d'Odeillo-Font Romeu dans les Pyrénées-Orientales. Cette cellule va être soumise à un flux de lumière concentré. Pour générer le rayon lumineux, un four solaire de moyenne puissance est utilisé : un miroir plan extérieur situé plusieurs étages plus bas renvoie les rayons du Soleil directement dans la pièce, sur un miroir concave (en haut) qui les concentre sur…

Billes d'alumine utilisées pour le stockage thermique de la microcentrale solaire MicroSol-R du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales. La microcentrale MicroSol-R (Microcentrale Solaire pour la Recherche) capte l'énergie des rayons solaires et la concentre dans un fluide caloporteur (huile thermique) qui est ensuite stocké dans une cuve de type thermocline. Afin d'augmenter la capacité de stockage par rapport à un réservoir d'huile chaude, 6 280 kg de billes d'alumine…

Amiante vitrifié utilisé pour le stockage thermique de la microcentrale solaire MicroSol-R du site PROMES d'Odeillo-Font Romeu, dans les Pyrénées-Orientales. La microcentrale MicroSol-R (Microcentrale Solaire pour la Recherche) capte l'énergie des rayons solaires et la concentre dans un fluide caloporteur (huile thermique) qui est ensuite stocké dans une cuve de type thermocline. Afin d'augmenter la capacité de stockage par rapport à un réservoir d'huile chaude, ces morceaux d'amiante vitrifié…

Chantier de construction du parc éolien en mer de Saint-Nazaire, en novembre 2021. Les éoliennes offshore reposeront sur des tubes d’acier de 7 m de diamètre posés sur les fonds marins entre 12 et 25 m de profondeur. Sur ces fondations reposent les pièces de transition jaunes qui émergent à 25 mètres au-dessus de la mer. Ces pièces accueilleront ensuite les éoliennes pour une mise en service prévue en 2022.

Appareil de désalinisation de l’eau. La rencontre entre deux cours d’eau aux taux de salinité différents produit de l’énergie osmotique, ou "énergie bleue". Ce phénomène a été notamment observé dans les estuaires, où l’eau fluviale se mêle à l’eau de mer. A l’inverse, l’injection d’énergie dans un appareil comme celui-ci permet de désaliniser l’eau, les ions chlorure (en jaune) et sodium (en bleu) migrant vers les électrodes de carbone chargées électriquement (en gris). Ces découvertes…

Faisceau de plasma produit par un réacteur Helicon au laboratoire ICARE. Ce type de réacteur permet de produire une décharge plasma (un gaz ionisé) à haute densité, grâce à une onde radiofréquence. La forme particulière de son antenne couplée à un champ magnétique axial génère le mode "Helicon". Ce mode particulier permet d'atteindre une forte densité d'ions et d'électrons. Les scientifiques d’ICARE utilisent ce réacteur dans le cadre de travaux fondamentaux dans le domaine de la propulsion…

Différents types de sondes (mobile, matricielle et en couronne) utilisées dans la colonne à plasma en champ magnétique MISTRAL. Dans le dispositif MISTRAL, un plasma multipolaire de grand volume est associé à une colonne de plasma en champ magnétique de grand diamètre. MISTRAL contribue aux recherches expérimentales sur le chaos et la turbulence dans des conditions semblables à celles rencontrées dans les grands tokamaks (machines à confinement magnétique permettant de créer des plasmas…

Machine à plasma MISTOR permettant d'étudier à petite échelle les mécanismes conduisant à la dégradation du confinement des plasmas dans les dispositifs de type tokamak, comme ITER, en particulier les mécanismes du transport induit par certaines instabilités et par la turbulence. L'objectif est de trouver une solution au problème du transport anormal responsable d'importantes pertes de particules et d'énergie, malgré le confinement du plasma par le champ magnétique. Comprendre le développement…

Représentation de l'intensité du potentiel électrique à l'intérieur d'un tokamak. Un tokamak est un dispositif en forme de tore, à l'intérieur duquel sont reproduites les conditions de température et de pression permettant de réaliser une fusion nucléaire, dans un but de produire de l'énergie. Cette source d'énergie est quasiment sans déchet et abondante pour plusieurs millions d'années.

Vue générale de la salle d'expérience et de la chambre d'interaction "Milka" de l'installation LULI2000 à l'intérieur de laquelle sont focalisés les faisceaux laser. L'installation laser de puissance LULI2000 et les équipements expérimentaux associés sont utilisés par de nombreuses équipes scientifiques. Ces études portent notamment sur la fusion inertielle laser, la matière à haute densité d'énergie, l'astrophysique de laboratoire, la géophysique interne, la physique et le traitement des…

Hall laser LULI2000, chaîne d'amplification "kilojoule". L'installation laser de puissance LULI2000 et les équipements expérimentaux associés sont utilisés par de nombreuses équipes scientifiques. Ces études portent notamment sur la fusion inertielle laser, la matière à haute densité d'énergie, l'astrophysique de laboratoire, la géophysique interne, la physique et le traitement des matériaux et de façon générale la physique des plasmas créés par laser et ses applications.

Machine à plasma MIRABELLE qui permet d'étudier certaines instabilités et la turbulence dans les plasmas. Un des défis auxquels doit faire face la recherche sur la fusion thermonucléaire contrôlée par confinement magnétique est de trouver une solution au problème du transport anormal responsable d'importantes pertes de particules et d'énergie en travers des lignes de champ magnétique. Ce transport non diffusif est le fait de la turbulence d'instabilités basse fréquence, dont la principale est…

La plateforme Smart and Secure Room est équipée d'une charge programmable qui permet de rejouer des scénarios de consommation. Les données issues des différents éléments de cette plateforme, liées à l'énergie (consommation, production, état du stockage électrique) et aux grandeurs mesurées dans la pièce (température, humidité, qualité de l'air), sont transmises à un serveur informatique qui vérifie leur intégrité et leur cohérence. La plateforme Smart and Secure Room vise à étudier les…

Les batteries au lithium (12 kWH) de la plateforme Smart and Secure Room sont chargées par les panneaux photovoltaïques présents sur le toit du bâtiment de l'Institut d'électronique et des technologies du numérique (IETR). Les données issues des différents éléments de cette plateforme, liées à l'énergie (consommation, production, état du stockage électrique) et aux grandeurs mesurées dans la pièce (température, humidité, qualité de l'air), sont transmises à un serveur informatique qui vérifie…

Tours de refroidissement des réacteurs de la centrale nucléaire de Chooz (Ardennes), lieu de l'expérience Double Chooz. Cette expérience a pour but de mesurer le troisième angle de mélange des neutrinos, nommé Theta1.3.

Moteur à propulsion ionique développé par la start-up ThrustMe fondée en 2017 et issue du Laboratoire de physique des plasmas (CNRS/Ecole polytechnique). Les satellites miniaturisés en basse altitude constituent l’avenir de la connectivité mondiale et de la surveillance de la Terre en temps réel. ThrustMe permet à cette nouvelle industrie spatiale d’être économiquement et écologiquement durable en développant et en commercialisant des systèmes de propulsion ionique. Image extraite du film…

Moyen national d’essais PIVOINE-2G pour la propulsion électrique, au laboratoire ICARE. Il permet de mettre en œuvre, d’étudier et d’améliorer des propulseurs électriques à plasma de type à effet Hall. Ces moteurs utilisent l’accélération des ions d’un plasma pour créer la poussée servant à la propulsion des satellites. La chambre à vide où sont testés les propulseurs est équipée d’un système de pompage cryogénique permettant de maintenir un vide résiduel lorsqu’ils éjectent leur matière. De…

Test du propulseur à effet Hall miniature ISCT100, dans une chambre à vide. La couleur bleu clair est caractéristique du gaz propulsif utilisé, le xénon. Ce type de propulseur électrique à plasma équipe les satellites. Il utilise la combinaison d’un champ magnétique et d’un champ électrique pour ioniser le gaz propulsif et accélérer les ions à très grande vitesse (typiquement 20 km/s). La poussée servant à la propulsion est créée par l’éjection des ions sous forme d’un faisceau (la plume bleue…

Echantillon de substrat semiconducteur avec des composants de puissance utilisés dans la conversion d'énergie. Il sera placé dans une enceinte sous vide au sein d'une station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire, pour des mesures diélectriques. L'objectif est de comprendre et connaître la performance du composant sous haute tension, en fonction des paramètres de l’étude, en vue d’optimiser la technologie et le design du composant.

Station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire. Elle permet de réaliser des mesures diélectriques sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés, utilisés dans la conversion d’énergie. Ces mesures ont pour objectif d'optimiser la tenue à haute tension des matériaux, par l’étude des caractéristiques électriques et optiques jusqu’à la tension de rupture.

Prototype de capteur magnétique à harmoniques d'espace pour mesure sans contact du courant dans un conducteur déporté développé au G2Elab. Cette méthode innovante de mesure du courant permet de rendre la gestion du réseau électrique plus efficace en supervisant le flux d’électricité en temps réel dans un conducteur tout en rejetant le signal des conducteurs voisins. Elle facilite également l’installation des capteurs de mesure dans le réseau électrique (capteur non-intrusif pouvant être déporté…

Mesure de résistivité de lignes de nanoparticules gravées par laser sur un substrat flexible. Ce projet a pour objectif la mise au point de micro-sources de stockage électrochimique d'énergie.

MANDJET, la plateforme de démonstration et d'expérimentation de gestion de l’énergie par les réseaux électriques intelligents (dits smart grid), développée sur le site de Rennes. Elle est constituée de panneaux solaires, d'un régulateur de charge de batteries hébergé dans un abri bois dans lequel sont garés un scooter, un vélo et une trottinette électriques. L’installation autonome de production d’électricité à partir de panneaux solaires photovoltaïques permet de générer de l’électricité grâce…

Transistor à effet de camp (FET) basé sur des hétérostructures Van der Waals de matériaux bidimensionnels, vu en microscopie. Ce composant pourrait représenter une solution durable et fiable pour la récupération d'énergie en microélectronique. La nanostructuration sur les plaques de graphène (en magenta) améliore considérablement l'efficacité de la conversion d'énergie par effet thermoélectrique de la structure. Cette image a participé au prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la…