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Transition énergétique et développement durable dans les transports :
le respect de l’environnement, un enjeu clef à l’ESTACA

  • Développement durable

Le climat et la transition énergétique représentent un défi majeur du 21e siècle et les ingénieurs de demain sont les acteurs clefs qui trouveront des solutions pour un mode de développement durable des sociétés. Les systèmes de transports sont l’un des piliers du défi environnemental: maîtrise de la consommation d’énergie et des matières premières, limitation des émissions polluantes, respect de l’environnement, congestion des agglomérations et maîtrise de l’utilisation du foncier, forte de la demande de mobilité dans le monde, lutte contre l’effet de serre et le réchauffement climatique, sont autant de défis à relever pour les futurs ingénieurs qui sont les créateurs de nouvelles solutions technologiques et de nouveaux usages pour demain.

ESTACA a pleinement intégré cette dimension Développement Durable au sein de ses formations et de ses activités de recherche depuis une dizaine d’années. La stratégie de l’Ecole en matière de respect de l’environnement se traduit par :

  • la sensibilisation et la formation des futurs ingénieurs aux enjeux liés à l’énergie et au climat,
  • le développement de projets associatifs directement liés aux enjeux énergétiques actuels,
  • la mise en place des pôles et programmes de recherche dédiés aux problématiques environnementales,
  • une gestion interne qui vise à accentuer la réduction de l’empreinte écologique des campus ESTACA.

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Formation : donner les outils nécessaires pour aborder les transports dans une dynamique de développement durable

Une révolution technologique est amorcée dans le domaine des transports afin d’accélérer le déploiement de véhicules propres et de limiter les émissions polluantes, mais aussi de développer les véhicules connectés et intelligents. L’ESTACA a pour vocation de donner à ses étudiants tous les outils pour devenir les acteurs de cette évolution en cours et à venir. La formation ESTACA s’est adaptée pour former les ingénieurs de demain aux enjeux de la transition énergétique :

⇨ Des étudiants sensibilisés aux enjeux écologiques

Des conférences et journées de sensibilisation sont régulièrement organisées sur les campus pour permettre une prise de conscience chez les étudiants sur le rôle de l’ingénieur pour répondre au défi de la conception de modes de transport décarbonés.

L’ESTACA développe par exemple des ateliers de la « Fresque du Climat », un atelier ludique, participatif et créatif sur le changement climatique basé sur l’intelligence collective. L’objectif est de comprendre les principes du changement climatique et en connaître les enjeux.

⇨ Des enseignements dédiés aux transports durables

En cycle ingénieur, les étudiants suivent en 3e année des cours axés sur le développement durable, ils voient par exemple l’état des lieux des ressources énergétiques, l’analyse macro et micro-économique de la dépendance en matières premières et les applications aux transports de demain. En 4e année, ils abordent la question de la conversion et des transferts d'énergie (conversion d'énergie thermochimique en énergie mécanique / électrique, etc.) et la performance et la consommation des nouvelles motorisations.

En 5e année, trois spécialisations sont entièrement dédiées aux questions environnementales : Nouvelles Energies et Environnement, Allègement Véhicule et Eco-mobilité.

⇨ Des projets académiques pour aborder concrètement les enjeux technologiques de la transition énergétique

ESTACA développe une pédagogie par projet qui permet aux étudiants d’apprendre à travailler en équipe, avec des méthodes et moyens issus de l’industrie. Les projets d’études de cycle ingénieurs sont proposés et encadrés par des entreprises partenaires ou par des enseignant-chercheurs de l’Ecole. De nombreux projets proposés sont directement liés à la conception de systèmes de transports durables. Quelques exemples de projets récents :

  • Euroglider : participation à la conception d’un planeur de formation à propulsion électrique en collaboration avec les écoles du Groupe ISAE, en vue d’une industrialisation par un constructeur européen spécialiste de l’aviation légère (en collaboration avec Dassault Aviation)
  • Conception d’un support pour aéronef récupérateur d’énergie (Nid de cigogne)
  • Neo : conversion d'un avion thermique à l'électrique : Étude GMP et chaîne d'énergie
  • Développement d'un kart électrique
  • Développement d’un capteur intelligent et communiquant pour le suivi de la qualité de l’air
  • Etude numérique de la dispersion des polluants issus des camions
  • Développement et mise au point d’une instrumentation pour la mesure des émissions en particules fines d’un navire
  • Station d’accueil de drone autonome – partie gestion d’énergie (en collaboration avec une startup)
  • Hyperloop Wheel Drive Detail Development (avec Safran)
  • Projet pile à combustible (avec Dassault)
  • Transformation d'un véhicule existant en véhicule électrique (projet WEZ'U, avec Airbus)
  • Développement et étude du comportement de matériaux composites intelligents
  • Etablissement de la stratégie du parc locomotives de Fret SNCF pour aboutir à la fin du diesel en 2035

Associations : des projets au cœur des nouvelles mobilités

À l’ESTACA, les projets associatifs font partie du projet pédagogique de l’école. Ils sont l’occasion pour les étudiants de travailler sur des cas concrets qui prennent en compte l’ensemble des contraintes industrielles en terme de budget, travail en équipe, respect des délais, besoins de communication, etc. Certains projets sont axés sur le développement de la mobilité durable, par exemple :

  • Shell Eco Marathon : chaque année, l’association PV3e (Projet du Véhicule énergétique de l’ESTACA) participe à cette compétition dont l’objectif est de parcourir la plus longue distance avec un seul litre de carburant. Ils conçoivent et construisent des véhicules thermiques et à pile à hydrogène pour concourir à la compétition. Le record de l’association est de 2701km avec un litre d’essence !
  • Projet Hyperion : conception d'une capsule hyperloop pour participer à la Hyperloop Pod Competition de Space X
  • Projet Green turtle : conception d'un robot pour nettoyer les déchets au fond des océans (association Wave)

Recherche : œuvrer pour des transports propres, sûrs et intelligents

Le centre de recherche ESTACA’LAB mène des activités sur les technologies innovantes pour les transports et la mobilité afin de répondre aux grands défis sociétaux et environnementaux. Il œuvre pour l'émergence de nouvelles technologies pour des transports verts, durables, intelligents et adaptés aux nouvelles mobilités selon quatre axes :

  • Qualité de l'air : Dispersion et infiltration des particules / Réduction des émissions polluantes / Caractérisation des polluants
  • Energie et contrôle : Stockage et gestion de l'Energie à bord / Electrification et optimisation mécatronique / Commande tolérante aux défauts
  • Allègement : Structures composites fonctionnelles / Lien endommagement /durabilité / Eco-composites
  • Systèmes embarqués : Optimisation des architectures logicielles / Allocation sur une architecture matérielle/ Mobilité connectée

ESTACA’LAB est également intégré dans les logiques de collaborations locales et nationales en terme de recherche pour des transports durables. L’ESTACA fait par exemple partie des membres fondateurs de l’Institut d’Excellence « Institut de la Transition Energétique » sélectionné par le gouvernement dans le cadre du programme des investissements d’avenir. Au sein de cet institut dédié au transport automobile et à la mobilité, trois objectifs sont fixés :

  • la réduction de l’impact énergétique des véhicules
  • le changement de comportement des usagers
  • le développement rapide des technologies de l’information et de la communication

Les équipes d’ESTACA’LAB travaillent sur de nombreux projets directement liés à la réduction de l’impact environnemental des transports, quelques projets à titre d’exemple :

Dépollution et qualité de l’air dans le secteur automobile: réduire les émissions polluantes des moteurs thermiques

Dans le cadre d’une collaboration avec Toyota, l’équipe Qualité de l’Air a mené des études sur la dépollution des véhicules thermiques pour répondre aux nouvelles normes européennes. Les normes de dépollution étant de plus en plus contraignantes, les constructeurs s’attachent en effet à l’étude des micros fuites dans les moteurs.
L’objectif était triple pour le véhicule: réduire les émissions polluantes, limiter la consommation d’huile, mieux protéger le moteur du véhicule.

Qualité de l’air dans le secteur ferroviaire : étudier les particules de freinage en enceinte souterraine

Limiter l’impact de la pollution particulaire est un enjeu de santé public et une des préoccupations majeures de la SNCF. Dans ce cadre l’ESTACA a été sollicitée pour conduire des travaux de recherche sur le sujet des particules de freinage. Via la modélisation numérique, des essais numériques ont été réalisés pour analyser l’influence de différents paramètres sur la dispersion des particules de freinage. Des essais en soufflerie ont ensuite permis de valider les résultats numériques. Les particules sont aussi mesurées sur un banc de freinage SNCF. Ces différentes données rassemblées, permettent d’obtenir un aperçu complet de la trajectoire et de la vitesse de l’écoulement. Enfin ces modèles expérimentaux sont validés sur le terrain (mesures embarquées en cabine, mesures embarquées en voiture, mesures à quai).

Grâce à l’ensemble des résultats obtenus, la SNCF pourra faire des préconisations et prendre des mesures directes pour l’aménagement de nouveaux trains (solutions de captation des particules) l’adaptation des gares, des tunnels et des quais pour limiter l’inhalation de particules par les usagers et personnels situés à l’intérieur du train ou sur le quai.

Qualité de l’air dans le secteur naval : déterminer les émissions en particules fines des moteurs des navires

Ce projet vise quatre objectifs

  • définir et tester en laboratoire une instrumentation adaptée aux mesures à bord de navire de taille intermédiaire qui assurent sur la façade atlantique la mission de déserte des iles du ponant (Sein, Ouessant).
  • Quantifier en dynamique les émissions à la cheminée, en particulier dans les phases de manœuvres portuaires, avec une acquisition en temps réel des paramètres du navire.
  • Tester des solutions innovantes de réduction des émissions : des solutions par additif au gasoil marine, ou encore une motorisation GNL (Gaz naturel Liquéfié) implantée sur le navire HONFLEUR de la Brittany Ferries.
  • Réaliser des mesures de qualité de l’air à bord, pour évaluer l’exposition des passagers et personnels navigants aux particules fines.

Mobilités douces : un vélo électrique autonome en énergie

Un prototype est actuellement développé dans le cadre d’une thèse financée par STEE et accompagné par les laboratoires ESTACA’LAB et Ampere à Lyon pour développer un vélo électrique qui permet au cycliste de produire sa propre électricité en pédalant. Il sera 30% moins lourd qu’un vélo électrique standard, totalement recyclable et avec une autonomie illimitée (jusqu’à épuisement du cycliste !). Un démonstrateur est visible à l’ESTACA’LAB

https://www.france.tv/france-2/telematin/1069143-sciences-velo-electrique-sans-recharge.html

Campus : vers des établissements responsables qui réduisent l’emprunte carbone

La sensibilisation des futurs ingénieurs passe aussi par une gestion respectueuse de l’environnement sur les deux campus ESTACA à Paris Saclay et à Laval. Direction, personnels et étudiants sont associés pour contribuer à la réduction de l’empreinte environnementale des établissements. Quelques actions ont par exemple été menées cette année :

  • La création d'un pôle Développement Durable au sein du BDE étudiant a permis de mettre en place par exemple l’usage d’ecocup sur tous les évènements étudiants pour limiter l’usage de gobelets en plastique.
  • Des opérations de sensibilisation au tri sélectif ont été menées sur les deux écoles.
  • Un groupe de travail ‘Campus Vert’ rassemblant étudiants, enseignants et personnels administratifs œuvrent au développement de pratiques respectueuses de l’environnement sur les campus.