QUAND EDF TORTURE LES MATÉRIAUX

UN LABO FLASHEUR DE PANNEAUX SOLAIRESCertains tests mesurent les effets du temps sur le matériel photovoltaïque.
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Nucléaire, solaire et énergies renouvelables... les laboratoires des Renardières testent pour la filière énergétique les matériaux et technologies de demain.

En cet après-midi d'avril, les employés du centre de recherche des Renardières, à 80 km au sud de Paris, doivent assister à une réunion d'information sur la centrale nucléaire sinistrée de Fukushima. Rien d'étonnant pour ce site EDF qui doit son essor au développement de la filière nucléaire. Depuis son inauguration en 1964, sur 70 hectares en bordure de Seine, le troisième des grands centres de R et D de l'électricien (les deux autres étant Chatou et Clamart) a pourtant élargi sa palette. Le nucléaire y reste bien présent, notamment à travers le département « matériaux et mécanique des composants » (MMC, 200 personnes). Mais les batteries automobiles et l'intégration au réseau électrique des énergies renouvelables figurent au programme du laboratoire des matériels électriques (LME). Tandis qu'au département Énerbat, 130 personnes s'intéressent à la consommation d'énergie et à l'efficacité énergétique dans l'habitat et l'industrie.

« Le site évolue constamment : chaque année ou presque, un bâtiment ou une installation est construit ou démantelé », note Philippe Monpert, qui dirige le centre des Renardières depuis trois ans. Parmi les constructions récentes : le MAI (Material aging institute, avec des partenaires américains et japonais), où l'on étudie le vieillissement des matériaux, ou encore le Bestlab, qui teste des enveloppes de bâtiment innovantes en conditions réelles. Cette diversification correspond à un recentrage sur les besoins du groupe. Ainsi, le rôle d'Énerbat est d'abord d'évaluer les équipements du marché (matériaux isolants, pompes à chaleur...) pour nourrir l'offre de conseil et de services d'EDF, et sa réflexion stratégique. Même si certaines études vont jusqu'au codéveloppement d'un produit avec un industriel. Le laboratoire de tests des panneaux photovoltaïques, qui sert avant tout les projets de centrales du groupe, a une vocation identique. Visite guidée.

UN LABO FLASHEUR DE PANNEAUX SOLAIRES

Les tests sont normalisés, mais ce n'est pas une installation de certification. Le PVLab d'EDF, une équipe d'une dizaine de personnes qui mesurent les performances des panneaux photovoltaïques dans des conditions précises de température et d'éclairement, se veut avant tout un outil de recherche et de caractérisation. Le simulateur solaire soumet le capteur à des flashs de 10 ms, afin de mesurer les caractéristiques électriques des modules photovoltaïques.

En fonctionnement inversé - le panneau émet de la lumière sous l'effet d'un courant électrique - l'équipe du PVLab obtient des images qui permettent d'observer des défauts, notamment sur les panneaux vieillis. Car le laboratoire dispose aussi de deux chambres climatiques pour soumettre les panneaux solaires à des cycles accélérés de température et d'humidité (de - 50 °C à + 120 °C, et jusqu'à 90 % d'humidité). Dans une enceinte de vieillissement sous UV, c'est la dégradation des polymères utilisés dans les modules photovoltaïques que l'on mesure. « Il y a encore peu de retours d'expériences sur la durée de vie des panneaux photovoltaïques et des recherches approfondies sont nécessaires pour étudier leur vieillissement », explique Nadège Chatagnon, chef du groupe « photovoltaïque » au département Énerbat. En dehors de ses programmes de R et D, le PVLab a pour principales clientes les filiales d'EDF dans les énergies renouvelables, dans le cadre de leurs projets de centrales solaires.

UNE MAISON TÉMOIN POUR ÉVALUER LES PAROIS ACTIVES

Ce bâtiment construit dans une zone dégagée du site des Renardières n'a en commun avec une maison ordinaire que d'être soumis au climat naturel en toutes saisons. Mais c'est un point essentiel pour tester dans des conditions réelles des composants d'enveloppe de bâtiments et des technologies intégrées au bâti : les panneaux solaires, les échangeurs de chaleur, les pompes à chaleur, les matériaux à changement de phase... La maison-laboratoire, baptisée Bestlab, comporte six cellules au rez-de-chaussée et six autres sous les combles. En bas, chaque cellule a une paroi en contact avec l'extérieur, à travers laquelle on mesure les apports et les déperditions de chaleur, les cinq autres étant maintenues à température constante. La paroi extérieure, amovible, est démontable avec une grue. Sous les combles, ce sont différents types de couverture que l'on pourra tester précisément. « Le Bestlab, comme les autres moyens du département Énerbat, vise surtout à évaluer des équipements du marché afin de faire des recommandations techniques à nos clients », indique Sébastien Ruiz, chef du département. Le Bestlab, aujourd'hui en phase de calibrage, devrait commencer à fonctionner le mois prochain.

LE VIEILLISSEMENT DES ALLIAGES SCRUTÉ AU PICOMÈTRE PRÈS

Il a eu droit à tous les égards. Pour installer son microscope Titan, EDF a choisi soigneusement le meilleur emplacement du site - à l'abri des lignes à haute tension et des câbles souterrains - et a construit à son intention un bâtiment protégé contre les vibrations. Quand un instrument observe des matériaux avec une résolution de 70 picomètres (1 picomètre = 10 -12 mètre), mieux vaut lui éviter la moindre perturbation. Avec ce microscope à transmission électronique, complété par un second microscope, à balayage double faisceau (« dual beam » : électrons et ions), le groupe « métallurgie » (33 personnes) du département MMC (matériaux et mécanique des composants) scrute les alliages, notamment les aciers qui constituent les cuves de réacteur, afin de faire le lien entre leurs propriétés et leurs microstructures. Titan sait déterminer la composition chimique d'un échantillon jusqu'au niveau des atomes.

Quant au microscope « dual beam », son faisceau d'ions permet de découper et de « rogner » l'échantillon in situ jusqu'au moment où l'on observe une fissure à l'endroit précis de sa naissance... Avec ces équipements haut de gamme, les chercheurs peuvent, entre autres, continuer d'acquérir des connaissances sur le vieillissement et la durée de vie des matériaux des centrales nucléaires. « L'une des missions du département MMC, fort d'une expertise bâtie sur vingt années, est de venir en appui de l'exploitant pour présenter à l'Autorité de sûreté nucléaire des dossiers sur la prolongation de la durée de vie des réacteurs », indique Philippe Ollar, chef de département délégué.

UN BUNKER OÙ LES BATTERIES AU LITHIUM EXPLOSENT

Une base arrière des constructeurs automobiles. C'est ainsi que Laurent Torcheux, le responsable du groupe « batteries et gestion d'énergie » (l'équipe comprend une vingtaine de personnes), décrit les moyens de test des batteries au lithium installés sur le site des Renardières. Performances, durée de vie, sécurité, les trois caractéristiques clés des produits sont observées à la loupe. Des batteries commerciales de toutes provenances, destinées aux voitures ou aux autobus, sont soumises à la question afin de valider les caractéristiques qu'elles affichent.

À l'intérieur du « bunker des batteries », une série de cellules séparées par des murs de béton, les accumulateurs sont testés en fonctionnement. Des enceintes climatiques leur font subir un vieillissement accéléré. Et pour tester à fond leur sûreté, des essais « abusifs » les poussent jusqu'à leurs ultimes limites. Un poste protégé permet de piloter les essais à distance et d'observer leur comportement en situation anormale... parfois jusqu'à l'incendie ou l'explosion de la batterie. « Grâce à ces moyens d'essai, nous sommes en prise avec tout ce qui se passe dans le domaine », explique Laurent Torcheux. Un impératif pour EDF, car le développement des véhicules électriques aura une incidence sur la charge du réseau électrique. Le centre réalise également des tests sur les batteries stationnaires qui, avec la croissance des énergies renouvelables, permettront de réguler la distribution d'électricité sur le réseau.