D2SE-Projets et partenariats

Projets collaboratifs en cours

Avec : Alpine Racing, Bosch France, l’Ecole Centrale de Nantes, Faurecia Système d’Échappement, IFP Énergies Nouvelles, OSE Engineering, Renault, Total Energies
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HyMot consiste en l’étude d’une technologie novatrice, le moteur à hydrogène, appliquée aux véhicules utilitaires légers (VUL) via la conversion d’un moteur à combustion interne à l’hydrogène. Il doit conduire à la réalisation d’un démonstrateur véhicule roulant, un Master, et à la simulation d’une flotte de roulage numérique.

Les recherches menées par le consortium HyMot pourraient également venir soutenir le développement de l’infrastructure de distribution d’hydrogène décarboné pour la mobilité. L’objectif principal du projet est de démontrer la faisabilité de la décarbonation d’un véhicule utilitaire par conversion de son moteur à combustion interne à l’hydrogène.

Le rôle de Centrale Nantes dans HyMot

Centrale Nantes a travaillé à la définition technique du moteur à hydrogène. Grâce à un modèle numérique du démonstrateur, qui deviendra son jumeau numérique, permettant la simulation de différents modes, l’école a pu émettre des préconisations sur l’architecture du moteur. Cet élément fixé, Centrale Nantes va se tourner vers un travail de recherche exploratoire et améliorer les performances en termes d’autonomie, de diminution des émissions polluantes, de consommation, d’agrément de conduite … L’école va s’appuyer sur l’utilisation de bancs d’essais et former des experts via des thèses pour faire progresser la connaissance dans ce domaine.

Financement HyMot

HyMot est lauréat de l’un des appels à projets du CORAM 2021. Porté par France Relance et BPI France et soutenu dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir (PIA) opéré par l’ ADEME.

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• La modélisation énergétique des navires,
• L’optimisation des stratégies de gestion de l’énergie d’un navire à assistance vélique,
• La caractérisation expérimentale de capture du carbone.

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Le groupe Mann + Hummel et Centrale Nantes ont créé cette chaire « Filtration systems: fluid dynamics and energy » et a débuté au 01/01/2019, pour une durée de cinq années.

La prise de conscience environnementale de plus en plus importante de la part des populations et des gouvernements conduit les législateurs européens à intensifier le recours à de nouvelles normes anti-pollution. Les améliorations techniques ne sont aujourd’hui plus suffisantes pour répondre à l’augmentation des exigences exprimées. Par ailleurs, les préoccupations environnementales actuelles concernent également la qualité de l’air. En effet, que ce soit dans les milieux fermés (comme les habitacles véhicule) ou semi-ouvert (comme les quais des systèmes de transports en commun), des améliorations importantes sont encore à faire. Ainsi l’amélioration de la qualité de l’air peut se faire notamment via l’utilisation de systèmes filtrants et peux être abordés suivant trois axes principaux :

• Une optimisation du fonctionnement des moteurs à combustion interne afin de réduire la consommation en carburant (et donc les émissions de CO2) tout en maintenant un agrément de conduite acceptable;
• Les préoccupations associées au bien-être du conducteur, que ce soit en terme de confort thermique dans l’habitacle qu’en terme de qualité de l’air (CO2, particules,…). Pour ce faire des solutions techniques peuvent être mises en place mais tout en ayant un impact énergétique le plus faible possible afin de ne pas réduire l’autonomie du véhicule.
• La qualité de l’air dans les milieux semi-ouverts comme les quais de gare par utilisation de systèmes de filtration.

Ce projet a pour objectif le développement de solutions innovantes pour améliorer le fonctionnement des moteurs industriels, principalement réduire leur consommation de carburant et leur émissions polluantes. Les concepts sont tout d'abord testés par simulation thermodynamique et fluide puis validés expérimentalement. Les domaines abordés sont multiples: suralimentation, injection/combustion, refroidissement, hybridation, interactions systèmes... Les applications visées sont la propulsion navale et la production d'électricité.

Depuis 2018, Centrale Nantes et Stellantis (anciennement PSA Groupe) collaborent dans le cadre d’un programme de Recherche & Développement dédié à la simulation numérique pour la conception des chaînes de traction. Une collaboration de 4M€ est plus particulièrement dédié à la simulation numérique pour la conception des chaînes de traction avec pour objectif d’accélérer la mise sur le marché de véhicules à faible émission.
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Avec : Airbus, Aperam, Aresia, Daher, Faurecia (entreprise du groupe forvia), Fives, Flying wales, Naval Group, CEA, Centrale Nantes (LHEEA), IRT Saint Exupery, IRT Jules Verne

Le projet NOMADE a pour objectif de développer des solutions d’isolation ainsi que les procédés associés pour optimiser et garantir les performances thermiques en veillant à ne pas augmenter la masse des réservoirs à hydrogène liquide.

L’équipe D2SE va développer un modèle permettant de prédire l'évolution thermodynamique de l’hydrogène dans un réservoir de stockage à l’état liquide. Celui-ci intègrera les résultats et les contraintes des autres membres du consortium concernant l’isolation et la forme du réservoir afin de prédire l'échauffement de l’hydrogène et son évaporation, permettant ainsi d’estimer combien de temps l’hydrogène peut être conservé en sécurité dans le réservoir. Les travaux de l’équipe se basent sur les résultats de la thèse de Jonas Thiaucourt soutenue, au LHEEA, en 2020.

> En savoir plus : Actualité Centrale Nantes & Communiqué de presse IRT Jules Verne

 

Le Centre d’Essais Electriques du CRITT M2A a débuté le 1er Octobre 2019, pour une durée de 4 ans, le programme de recherche PEGAS²E (Performances Energétiques, Gestion et Autonomie des Systèmes de Stockage Electrique). En levant les verrous scientifiques liés à l’optimisation énergétique des batteries utilisées pour la propulsion automobile, ce programme a pour objectif de développer le marché des véhicules électrifiés. Une thèse de doctorat a commencé à la même date et se déroule en partenariat avec l’Ecole Centrale de Nantes (par l’intermédiaire de Centrale Innovation) et Gamma Technologies. David Chalet, Professeur des Universités, au sein du Laboratoire d’Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA), unité mixte de recherche de Centrale Nantes et du CNRS encadre cette thèse. Il met ainsi au service de ce programme de recherche son expertise dans le domaine de la modélisation des systèmes énergétiques.

La thèse de Doctorat a pour objectif de développer un modèle électrothermique d’une batterie de traction de véhicule électrique à partir des résultats d’essais obtenus sur une technologie batterie Li-ion. Le modèle électrothermique développé devra être de faible complexité, en vue d’une intégration dans un BMS (Battery Management System), tout en conservant un lien fort avec les phénomènes physico-chimiques régissant le comportement de la cellule électrochimique. Pour ce faire, le travail de recherche s’appuiera sur une méthodologie de travail innovante et bénéficiera des bancs de tests batterie de dernière génération (voies cellule 2kW/4kW et module 50kW, bancs pack 250/750kW, EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)) ainsi que d’outils de simulation performants.

Le modèle qui sera développé concerne la gestion du refroidissement du pack batterie pendant toutes les situations de vie dans le véhicule électrique. Il s’agira donc de comprendre et d’optimiser les phénomènes physiques liés à la gestion thermique du système de stockage d’énergie « Batterie de traction ». D’un point de vue plus général, il faudra lever les verrous scientifiques et technologiques pour améliorer la durée de vie du système de traction et l’autonomie du véhicule. L’originalité du travail de thèse consistera à coupler cette modélisation de la batterie avec une optimisation énergétique du système véhicule complet.

Projets collaboratifs récents

Cette chaire a pour but de faire progresser les connaissances dans le domaine de l’Intelligence digital au service du Système Powertrain Hybride (ISPHY). Dans ce cadre, Plusieurs axes sont abordés, notamment le deep learning pour la prédiction des émissions polluantes, le Virtual Testing pour les systèmes hybrides et ADAS, et les plans d’expériences dynamiques.

Le groupe Mann + Hummel et Centrale Nantes ont créé cette chaire de recherche en ingénierie automobile dans le domaine des véhicules à énergies propres, dédiée aux Systèmes d'admission Innovants et Thermo-Management.
La réduction des émissions polluantes et la limitation des émissions de CO2 ont été abordées suivant deux axes principaux :

• Une optimisation du remplissage en air moteur afin de réduire la consommation en carburant (et donc la consommation en carburant) tout en maintenant un agrément de conduite acceptable
• Une réduction de la phase transitoire de montée en température du moteur à combustion interne (source d’une augmentation de la consommation en carburant).

DIEPER est l’acronyme de DIesel Efficiency improvement with Particulates and Emission Reduction. Ce projet Européen H2020 a réuni des constructeurs automobiles (Renault, Fiat, Iveco), des équipementiers (Continental, Johnson Matthey, Siemens, Bosch) et des centres de recherche (IFP, Ricardo, CMT Valence, Ecole Centrale de Nantes). L'objectif est la réduction des émissions de CO2, tout en diminuant les polluants classiques (CO, HC, NOx et PM) et les nanoparticules (jusqu’à 10nm) des groupes motopropulseurs Diesel.

Ce projet implique le développement d'un démonstrateur de moteur innovant avec un objectif de downspeeding.

Participation D2SE : Étude et simulation sur le système de suralimentation bi-étagée
Avec : Faurecia, Valeo, Renault, IFPen, Delphi, Honeywell, Mechadyne.

Ce projet concerne la conception optimisée de l'air d'admission et du système d'échappement. 

Participation D2SE :

• Caractérisation du compresseur en flux pulsé sur banque d'orgue.
• Caractérisation de solutions permettant un faible gain de remplissage
• Etude des discontinuités thermiques sur la ligne d'admission d'air

Partenaires : Mann + Hummel France, Renault, LMFA, Supelec, ESTACA, P.H.A.S.E, Sherpa Engineering, Electricfil

                                             
Le projet Co-Wood-Green a pour objectif d’optimiser le fonctionnement d’un moteur de cogénération en valorisant différents types de bois. NAODEN est concepteur, fabricant et installateur de microcentrales bioénergétiques utilisant le procédé de pyrogazéification pour valoriser des ressources biosourcées en énergie. L’une des solutions développée par NAODEN, Imperium 100, consiste en une production simultanée d’électricité et de chaleur. Ce moteur nécessite d’être optimisé pour produire une électricité verte permettant d’alimenter les pompes du réseau de chaleur, d’une collectivité par exemple, et y injecter l’eau chaude produite.

L’équipe D2SE, par son expertise dans le domaine des moteurs, de la combustion et des émissions polluantes ainsi qu’en termes d’essais moteurs et de simulation moteur, participe au projet avec Solution Recyclage, spécialiste du gisement bois classes A&B et de l’approvisionnement.

Ce projet est financé par la région Pays de la Loire, il est lauréat de l'Appel à Projets R&D Collaborative Pays de la Loire 2020.

Cette chaire a pour but de faire progresser les connaissances dans le domaine de la Modélisation système pour le Contrôle et la Mise Au Point des moteurs à combustion interne (MCMAP). Les thématiques abordées dans le cadre de ce projet concernent notamment la modélisation de la combustion Diesel et essence, la formation niveau ingénieur à la simulation système des moteurs, et la modélisation de la chaine d’air.

> Chaire Renault/Siemens

Le programme de recherche commun entre le CEA Tech et Centrale Nantes avait pour objectif d’étudier les possibilités de récupération d’énergie par thermo-électricité (effet Seebeck) et des interactions pouvant exister avec ces systèmes et les écoulements présents dans les lignes d’échappement des moteurs à combustion interne. Ce programme a débuté en octobre 2014 et a été financé par la région des Pays de la Loire. Un démonstrateur a  également été réalisé.

Ce projet concerne le développement d'un démonstrateur d'un moteur à gaz naturel d'un véhicule industriel fonctionnant en mélange pauvre.

Participation D2SE : Etude de la suralimentation et de la boucle d'air du moteur.
Avec : CRMT, LMS Imagine, Electricfil, IRECELYON

Ce projet concerne le diagnostic avancé et la modélisation de suralimentation. 

Participation D2SE : caractérisation expérimentale de l'impact du transfert de chaleur dans les turbocompresseurs et influence de l'entrée du compresseur
Partenaires académiques et industriels : LMFA (Centrale Lyon), CNAM Paris (chaise de turbomachine), Renault, PSA, BorgWarner