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Un réseau de partenaires d’excellence

La plate-forme Durasol est coordonnée par le CEA et compte sur sept partenaires issus de l’industrie, de la recherche et du développement technologique, qui contribuent tous, avec leurs équipements et leur expertise, à des projets portant sur la durabilité des matériaux et systèmes solaires.

CEA - INES

La plate-forme Durasol est coordonnée par le CEA, le plus grand fournisseur de technologies industrielles en France.

Le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) est un organisme public créé en octobre 1945. Le CEA est le premier acteur français de la recherche et du développement technologique dont le rôle est de transférer le savoir-faire à l’industrie. Le CEA emploie environ 16 000 personnes, dispose d’un budget de 4,3 milliards d’euros par an et a déposé plus de 650 brevets prioritaires. Le CEA exploite dix centres de recherche en France, spécialisés dans des domaines spécifiques.

Le CEA compte aujourd’hui sur plus de 350 personnes à l’INES, l’institut national de l’énergie solaire, qui a démarré ses activités en 2005. Après une forte phase de croissance, aujourd’hui 10 laboratoires du CEA à l’INES couvrent toute la chaîne de valeur du photovoltaïque : matériaux, cellules, modules, systèmes solaires et systèmes de stockage. Deux laboratoires traitent des systèmes thermiques solaires. De plus, trois laboratoires traitent de l’énergie dans les bâtiments.

L’assemblage de modules photovoltaïques est un levier clé pour améliorer la fiabilité et la durabilité des modules PV et réduire les coûts. Au cours des 10 dernières années, le Laboratoire de modules photovoltaïques (LMPV) a étudié quatre principaux vecteurs d’innovation :
- Les matériaux du module, les processus d’interconnexion et d’encapsulation, pour garantir un niveau de performance élevé des modules pendant leur durée de vie dans différentes conditions environnementales. Ceci implique que des tests spécifiques de performance et de fiabilité sont effectués parallèlement au développement technologique, en plus des tests plus classiques décrits dans les normes CEI 61215 et 61730.
- L’adaptation des procédés de fabrication à des cellules solaires innovantes (rétro-contact, bifaciale, cellules ultrafines ...)
- Le développement de modules innovants pour des applications spécifiques, pour favoriser l’utilisation de l’énergie solaire et créer de nouveaux marchés pour l’industrie photovoltaïque
- L’optimisation du cycle de vie et de la recyclabilité des modules PV.

Pour atteindre ces objectifs, le LMPV a réuni des équipements industriels et scientifiques de renommée mondiale, aboutissant à une plateforme unique d’équipements et de savoirs situés dans le même Laboratoire, adaptés aux différents niveaux de maturité technologique : du développement technologique (développement et caractérisation de modules de petite taille) à la démonstration technologique (fabrication et caractérisation de grands modules industriels).

Le LMPV du CEA propose des programmes d’expertise pour les partenaires incluant l’accès à sa technologie de modules PV et à ses équipements de durabilité, des ressources uniques pour stimuler l’innovation.

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ICCF- Equipe Photochimie (Groupe POPPI) – Université Clermont Auvergne

Le groupe POPPI de l’Equipe Photochimie (Institut de Chimie de Clermont-Ferrand) a acquis une vaste expérience dans le domaine de la dégradation et de la stabilisation des polymères. Ce groupe travaille dans ce domaine depuis près de 40 ans et a étudié la dégradation de nombreux matériaux polymères. La recherche vise à comprendre les réactions chimiques responsables de la dégradation des matériaux polymères exposés aux contraintes de l’environnement et plus particulièrement à la lumière solaire, à la température, en présence d’air.
L’un des objectifs de la recherche menée au sein de ce Groupe est d’élucider les mécanismes de dégradation mis en jeu et de corréler les modifications chimiques des chaînes macromoléculaires à la dégradation des propriétés fonctionnelles du matériau polymère. De nombreux domaines d’applications des polymères ont été abordés, et depuis 2003, les domaines ciblés concernent pour une part importante l’énergie, avec une activité principalement dans le domaine des cellules solaires organiques (OPV), qui porte aussi bien sur la dégradation des couches actives que celle des matériaux d’encapsulation.
Pour mener à bien ses activités de recherche, POPPI a mis en place un grand nombre de techniques analytiques, visant à développer une approche multi-échelle/multi-physique,, avec comme objectif ultime de comprendre la dégradation des propriétés du matériau et de dégager des lois de comportement qui permettent de prévoir la durée de vie des matériaux étudiés.

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LaMCoS - INSA Lyon

Le LaMCoS (Laboratoire de Mécanique des Contacts et de Structure) est un laboratoire de recherche commun entre l’INSA de Lyon et le CNRS (UMR 5259). Le LaMCoS mène des études thermomécaniques pour identifier et maîtriser l’intégrité des structures dans cinq domaines principaux : la mécanique des solides et des structures, les matériaux et le traitement, la dynamique et le contrôle des systèmes, la mécanique des contacts, la tribologie.

Le laboratoire dispose d’équipements pour appliquer une charge thermomécanique sur les cellules PV tout en mesurant les champs de déplacement et de déformation ainsi que les discontinuités telles que les fissures. Les investigations sur les fissures fragiles à des températures inférieures à zéro et à température ambiante, ainsi que sur le comportement transitoire de fragile à ductile lors d’essais mécaniques à haute température sont couramment effectuées. Les données expérimentales sont souvent confrontées à des modèles numériques, tels que le modèle à base de plasticité cristalline pour des plaquettes de silicium monocristallin, multi cristallin et ruban sur du carbone sacrificiel (procédé RST).

En plus d’un puissant agitateur 6 axes, un véritable environnement vibratoire pour tout un module PV peut être reproduit et analysé (Equipex Phare).

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SPE - Université de Corse

L’Université de Corse est spécialisée dans la recherche environnementale. Sept projets de recherche principaux sont menés par les deux Unités de Recherche Communes, l’Unité Mixte de Recherche du CNRS et l’Unité Mixte de Recherche du CNRS LISA. La recherche en efficacité énergétique et en environnement est réalisée par le groupe Énergies Renouvelables du laboratoire UMR CNRS SPE. Les principaux domaines de recherche sont : le photovoltaïque et l’énergie solaire thermique, les systèmes de stockage d’énergie (utilisant l’hydrogène, les batteries et les systèmes d’eau pompée) et les systèmes comme les électrolyseurs et les piles à combustible.

Dans ce contexte, le groupe installe et surveille les plates-formes expérimentales d’Ajaccio (MYRTE - couplage solaire et chaîne hydrogène, Paglia Orba - smart-grid, Durasol - matériaux d’essais solaires extérieurs) pour étudier différents composants, systèmes, matériaux et données en vue d’optimiser les performances de ces équipements. Le groupe développe également des outils de modélisation et des systèmes globaux de gestion de l’énergie. Des méthodes prédictives pour les ressources énergétiques (énergie solaire et éolienne), ainsi que la cartographie possible de la distribution spatiale et la prévision des ressources solaires et éoliennes sont développées.

La modélisation complexe de l’énergie et du système thermique sur TrnSys est également une compétence de notre entité.

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IM2NP - Université d’Aix-Marseille et Université du Sud Toulon-Var

Fondé en janvier 2008, IM2NP est un institut multidisciplinaire qui regroupe des scientifiques en physique, chimie et microélectronique.

Il s’appuie sur diverses compétences à la fois pour l’enseignement et la recherche en science des matériaux, en microélectronique et en nanosciences. Son expertise s’étend des sciences physiques et chimiques aux dispositifs, circuits et systèmes. L’Institut est géré conjointement par le CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) et deux Universités : Université d’Aix-Marseille et Université du Sud Toulon-Var.

Il est également associé à trois écoles d’ingénieurs Polytech (Marseille et Nice), à ​​l’Ecole Centrale de Marseille et à l’ISEN Toulon.

L’équipe OPTO-PV (composants pour l’optoélectronique et le photovoltaïque) étudie les matériaux semi-conducteurs et en particulier le silicium (massif, mince, nanostructure, amorphe, multi ou monocristallin) pour la technologie photovoltaïque. Les principales études concernent l’analyse des impuretés et les défauts du silicium photovoltaïque.

L’équipe est également impliquée dans le domaine de la modélisation de la collection de photons et de la génération de charge dans les cellules photovoltaïques organiques.

En optoélectronique, les principales activités de recherche concernent :
- le développement du détecteur pour les faibles longueurs d’onde
- la mise en œuvre d’une couche antireflet structurale sur les matériaux semi-conducteurs,
- l’étude de matériaux pour la détection optique de différents gaz,
- les composants optiques intégrés et plus généralement l’étude des matériaux optiques nanostructures.

L’équipe possède à la fois des compétences théoriques et de modélisation pour aborder les questions fondamentales liées à l’interaction de la lumière / matière et la génération de dispositifs électroniques dans les couches minces.

Concernant les équipements, nous utilisons des outils de structuration de matériaux disponibles en salle blanche (Photolithographie, four de recuit à haute température et rampe rapide pour SiC-4 H) et des outils spécifiques de caractérisation optique, électrique et photoélectrique (Ellipso mètre spectroscopique, microFTIR, sphère intégrale, Solar Simulator, électronique). Balayage de microscope, I - V, C - V, caractéristiques de réponse spectrale, mesures de durée de vie par déphasage micro - ondes - μW - PS, courant induit par faisceau lumineux - LBIC, etc.

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PIMENT - Université de Réunion

Le laboratoire PIMENT (Physique et Mathématiques Appliquées pour l’Energie et l’Environnement) est un département de recherche de l’Université de La Réunion.

PIMENT est composé de quatre équipes :
- Mathématiques appliquées aux systèmes complexes (MASC)
- Physique du bâtiment (PHYBAT)
- Génie de l’environnement et de l’environnement bâti (GEEB)
- Systèmes énergétiques et énergies renouvelables (SEERAB)

L’équipe MASC développe des outils mathématiques afin d’analyser et d’optimiser des modèles de systèmes complexes tels que les systèmes énergétiques, les bâtiments ou leurs environnements. Ces outils transversaux permettent d’améliorer les modèles des autres équipes du laboratoire. Les travaux principaux sont orientés autour de l’analyse de la sensibilité, des réseaux de neurones, de l’inférence bayésienne, de la résolution numérique et analytique des équations différentielles.

L’équipe PHYBAT travaille sur la conception de bâtiments durables en zone tropicale. L’objectif est de développer des modèles, des outils de simulation et des standards pour aider les ingénieurs civils à concevoir des bâtiments basse énergie pour les climats tropicaux. Des études spécifiques sont actuellement menées sur PCM (Phase Change Materials), ventilation naturelle (projet ANR 4C) et bâtiment à consommation énergétique nette zéro (tâche 40 de l’AIE). Le premier bâtiment à énergie nette zéro des territoires français d’outre-mer (projet ANR EnerPos), est un bâtiment expérimental de l’Université de La Réunion (1000m2 de salles de classe et de bureaux avec un toit PV de 40kWp).

L’équipe GEEB travaille sur les questions environnementales dans les zones tropicales et urbaines telles que la qualité de l’air et de l’eau, la gestion des déchets et l’analyse du cycle de vie des bâtiments.

L’équipe SEERAB travaille sur différents systèmes d’énergies renouvelables afin de réaliser l’objectif du projet GERRI (Révolution Verte pour la Réunion) qui promeut l’autonomie énergétique en 2030 pour la Réunion. Cette équipe développe et teste des modèles statistiques et physiques d’énergies renouvelables couplés à des bâtiments ou des réseaux d’énergie. Dans la plateforme expérimentale située à Saint-Pierre, différentes énergies renouvelables sont actuellement à l’étude : un système de refroidissement solaire de 35kW (projet ANR ORASOL et MEGAPICS), 17kWp de différentes centrales photovoltaïques (BIPV, isolé avec stockage, réseau classique connecté), banc d’essai l’efficacité thermique des capteurs solaires (plan plat, tubes à vide, double vitrage) et des cellules à petite échelle avec des toits BIPV. L’équipe étudie également l’intégration massive d’énergies renouvelables intermittentes (PV et éoliennes) dans les réseaux à petite échelle en utilisant la prévision de production d’énergie (projets Soleka et PEGASE) et la gestion du stockage d’énergie (projet FUI Enerstock). Le dernier et plus récent axe de recherche est la production d’électricité par Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC).

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EDF

La division R&D d’EDF regroupe plus de 2000 personnes, travaillant sur la production d’énergie, les réseaux électriques, la gestion de l’énergie, le développement des ventes et les énergies renouvelables.

Pour EDF, les énergies renouvelables représentent un axe majeur de développement. Ils contribuent à un mix énergétique sobre en carbone et le groupe EDF entend renforcer le développement du photovoltaïque, dans lequel la filiale EDF Energies Nouvelles est très active.

EDF R&D travaille à la fois sur la recherche de percées technologiques sur les matériaux (avec le laboratoire de l’IRDEP) et sur l’optimisation des technologies existantes fortement liées au développement de l’activité précitée.

Depuis 2009, EDF R&D a investi dans une installation de modules PV, comprenant des équipements intérieurs et extérieurs pour les études de vieillissement. Ces équipements ne sont pas dédiés aux activités de certification, mais consacrés à la recherche de futures certifications. Tous sont très performants, précis et assez nouveaux.

Ces équipements sont exploités par une équipe de 10 personnes, déjà familiarisées avec différents modules industriels, notamment les nouvelles technologies.