Matériaux, énergies, procédés, produits
Ce texte est inspiré du dossier scientifique permettant l'expertise du dossier CPER 2007-2013 du pôle Matériaux-énergie-procédés-produits.
Le projet MEPP (acronyme de "Matériaux – Énergie – Procédés – Produits") s'inscrit dans le nouveau contrat de projets État-Région 2007-2013 et dans la continuité dans celui de 2000-2006 mené au sein du pôle de recherche scientifique et technologique "Matériaux - Procédés – Produits". Il est un élément essentiel de la structuration de la recherche lorraine dans les domaines des matériaux et des sciences de l’ingénieur et un outil majeur pour maintenir et améliorer la qualité de cette recherche.
Il est conçu en cohérence avec :
- les pôles de compétitivité MATERALIA (ex-MIPI) et Fibres Grand Est,
- la mise en place de l’Institut Jean Lamour,
- la constitution d’un PRES lorrain qui comportera en particulier les domaines de la recherche et de la valorisation,
- le projet de RTRA « ENERGIE » déposé par ailleurs.
Le Pôle MEPP a ainsi pour vocation de permettre la constitution d’un des plus importants pôles européens du domaine. Il est donc un atout important de la politique de recherche nationale. La nature même de ses projets lui permet, grâce à une bonne complémentarité entre recherche fondamentale et recherche finalisée, de participer à la fois au développement des connaissances et à la valorisation des recherches conduites. Son impact sur les activités économiques est important pour l’ensemble du territoire national et au niveau européen. Il sera un point d’appui essentiel pour l’amélioration de la compétitivité de nombreuses entreprises travaillant sur notre territoire.
Sommaire
L'ancien PRST "Matériaux - Procédés – Produits"
Ce précédent pôle de recherche scientifique et technologique (PRST) a permis une structuration importante de la recherche publique de ce domaine en cohérence avec les politiques des Établissement public à caractère scientifique et technologique (EPST) et des établissements universitaires lorrains. Ce projet a également contribué à la définition du volet recherche des pôles de compétitivité MATERALIA (ex-MIPI) et Fibres Grand Est.
Il correspond à plus d’une centaine de thèses et à environ 500 publications en 7 ans. Compte tenu de l’élargissement thématique, si les apports financiers de l’ensemble des partenaires sont à un niveau satisfaisant tant en équipements qu’en bourses de thèse et moyens de fonctionnement, ce nouveau projet devrait engendrer une production comparable voire supérieure.
Rôle
Ce projet favorise les projets transversaux en utilisant de manière complémentaires les compétences disponible de façon exceptionnelle en Lorraine. Il évite par conséquent le cloisonnement des différentes domaines qui le composent (matériaux, mécanique, génie des procédés, énergie, chimie).
Ce PSRT a une forte implication dans des recherches industrielles majeures. Il a pour ambition de fournir au secteur aval (dans ou hors Pôle de Compétitivité) les connaissances de base nécessaires au développement des activités industrielles et à leur compétitivité. Il n’est évidemment pas limité à la Région Lorraine et concerne l’ensemble du tissu socio-économique national. De nombreux projets au sein du Pôle MEPP intègreront des aspects connectés à des enjeux sociétaux majeurs : économies d’énergie, environnement, développement durable (éco-conception, recyclage, procédés propres, cycle de vie des produits…).
Problèmatiques
Dans le domaine des matériaux
Les enjeux sociétaux actuels imposent de nouveaux challenges tels que l’allègement des structures, les économies d’énergie, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la réduction de la consommation des matières premières, l’utilisation intensive du recyclage… Ces nouveaux enjeux peuvent amener, dans certains cas, à reconsidérer complètement les filières de production et conduirent à des ruptures technologiques majeures. Ils nécessitent dans tous les cas de prendre en compte les aspects environnementaux et « l’éco-design ». L’étude et la résolution des problèmes scientifiques et technologiques liés à la maîtrise des procédés de fabrication mécanique et la conception de produits manufacturés constituent également une problématique d’une grande actualité permettant de répondre aux demandes sociétales d’augmentation des exigences de qualité des produits, d’augmentation de leur durée de tenue en service et de diminution des délais et des coûts de fabrication (coûts économiques, énergétiques et environnementaux).
L’étude et le développement des possibilités nouvelles offertes par les matériaux fonctionnels constituent une troisième problématique majeure du pôle MEPP. Ce thème a pour ambition de tirer parti de la recherche de qualité réalisée dans les laboratoires lorrains du Pôle pour concevoir et élaborer des matériaux et des produits innovants multifonctionnels. La nanostructuration des matériaux et les propriétés spécifiques qu’elle entraîne constituent le fil directeur de ce thème. Cela se traduit par une implication forte des laboratoires lorrains dans la centrale de technologies "Nanoscience multisite" et le pôle de compétences C’Nano Grand Est. Ce thème concerne une large classe de matériaux fonctionnels, le domaine des polymères multifonctionnels et celui des matériaux et systèmes adaptatifs. L’ensemble des matériaux étudiés dans ce thème permet en particulier de réaliser des applications originales dans les secteurs du biomédical et de la microfluidique, des capteurs, des industries de l'information et de la communication.
Dans le domaine des énergies
Un autre domaine important d'application, lié au génie des procédés, est celui de l'énergie et des systèmes de transformation et de stockage de l'énergie. En effet, l'ensemble de l'activité humaine (en particulier les domaines précédemment cités) réclame de plus en plus d'énergie pour satisfaire une demande croissante de consommation, de bien-être et de mobilité. Dans le même temps, les énergies fossiles se raréfient, aussi devient-il urgent de développer les recherches sur les énergies nouvelles et les modes de conversion respectueux de l'environnement. La Lorraine est reconnue nationalement pour ses recherches, d'une part sur la valorisation énergétique de la biomasse et d’autre part sur la pile à combustible.
Dans le domaine des procédés
En génie des procédés, un objectif général est de trouver et résoudre, si possible en coopération avec les partenaires industriels, les verrous scientifiques diminuant les étapes intermédiaires entre l'idée de laboratoire et l'industrialisation. Cet objectif peut se décomposer en trois grandes orientations :
- Amélioration des méthodes d'extrapolation et d'interpolation des procédés,
- Développement des systèmes multifonctionnels (réacteurs chimiques, procédés de séparation et de production couplés…),
- Amélioration des performances de systèmes utilisés (transfert de matière et de chaleur dans les réacteurs, reformulation de carburants, traitement des effluents, sécurité, …).
Un des défis majeurs concerne la conception de l’usine de demain, plus petite, plus sûre, plus respectueuse de l’environnement en y insérant par exemple des éléments issus des microtechnologies et en y intensifiant les processus grâce à de nouvelles structurations.
Dans le domaine des produits
Un des enjeux majeurs est la maîtrise de l’ensemble de la filière de production (élaboration, solidification, mise en forme, traitements thermiques, traitements de surface, …) afin de garantir la qualité de produits aux propriétés spécifiques. Pour atteindre cet objectif de nouveaux équipements (nano-caractérisation, élaboration) sont nécessaires. Les démarches de modélisation mathématique et les outils de simulation numérique sont également des voies très prometteuses.
Place du projet dans le contexte national et international
Partenaires régionaux
Les compétences disponibles dans les laboratoires lorrains permettent de proposer une approche interdisciplinaire originale de l’étude et de la simulation des procédés de fabrication mécanique et de la conception de produits manufacturés innovants (usinage à grande vitesse, conception et fabrication intégrée, sécurité et fiabilité des structures). Les laboratoires intervenant dans le Pôle MEPP sont déjà bien reconnus au niveau international et bénéficient en particulier de larges collaborations européennes (Projets Intégrés, Réseau d’Excellence, projets Marie-Curie, projets INTAS). Actuellement ce projet concerne 27 laboratoires lorrains dont 18 unités CNRS. Cette activité de recherche est également bien reconnue au niveau international et bénéficie en particulier de larges collaborations européennes (Projets Intégrés, Réseau d’Excellence, projets Marie-Curie).
Le projet MEPP regroupe environ 600 chercheurs et enseignants-chercheurs issus :
- du Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
- de l’Institut national polytechnique de Lorraine (INPL) à Nancy
- de l’Université Henri Poincaré (UHP) à Nancy
- de l’Université Paul Verlaine (UPV-M) à Metz
- de l’ENSAM, l’ENIM, de Supelec et de Georgia Tech Lorraine à Metz
Les fédérations de recherche
Ce projet est conçu en pleine cohérence avec la structuration des Fédérations de Recherche :
- la Fédération Jacques Villermaux pour la mécanique, l'énergie et les procédés
- l'ISEETECH
- la fédération GI2M pour le génie industriel, la mécanique et les matériaux
- l'Institut Jean Barriol de chimie et physique moléculaires et biomoléculaires
Au niveau international
La structuration du Pôle MEPP permettra de conforter et d’amplifier sa visibilité, en renforçant les collaborations internationales, en particulier européennes. Les recherches conduites joueront un rôle d’attraction fort dans le domaine de la formation. Une attention particulière sera portée au développement d’actions interrégionales (par exemple Champagne – Ardennes , Franche-Comté et Alsace) et transfrontalières (Belgique, Allemagne, Luxembourg).
Les atouts du Pôle MEPP aux plans national et européen rejoignent naturellement ceux du projet de l’Institut Jean Lamour. On peut souligner en particulier :
- la transversalité et la pluridisciplinarité des recherches,
- la complémentarité des compétences,
- l’existence de plates-formes expérimentales et de calcul qu’il convient de conforter et de développer,
- le soutien fort et constant depuis de nombreuses années des Collectivités Territoriales, des Tutelles, des Etablissements Universitaires, du CNRS, des industries,
- la forte complémentarité entre recherche et pédagogie/formation initiale et par la recherche (masters, écoles doctorales et formations d'ingénieurs).
Les 14 projets du PRST MEPP
- Matériaux avancés: de la conception aux propriétés
- Mise en forme et tenue en service
- Matériaux fonctionnels micro- et nanostructurés pour la réalisation de micro- et nanosystèmes
- Matériaux complexes pour l'optique et l'électronique
- Matériaux et systèmes adaptatifs
- Polymères multistructurés à fonctionnalités spécifiques
- Procédés d'usinage à grande vitesse propres et économes en énergie - usinage de nouveaux matériaux - matériaux et interfaces aux conditions extrêmes
- Conception et fabrication intégrée, mise en production de produits innovants et propres
- Valorisation énergétique de la biomasse
- Pile à combustible : de la production d'hydrogène au système pile à combustible: étude, modélisation, mise en oeuvre et optimisation
- Utilisation efficace de l'énergie: caractérisation des transferts
- La fusion thermonucléaire - ITER
- Procédés propres et développement durable
- Plate-forme de micro-imagerie à haute résolution par résonance magnétique nucléaire
