LES ENERGIES ALTERNATIVES ONT LE VENT EN POUPE
Énergies renouvelables et réduction de la consommation sont depuis longtemps le point de mire des instances industrielles, politiques et financières du monde entier.
Au cours du premier semestre 2008, les hausses de prix des matières premières, et plus particulièrement du pétrole, ont également fait brusquement monter le coût de l’électricité produite à partir de sources conventionnelles – et donc accru l’intérêt pour une électricité moins coûteuse, de préférence issue de sources renouvelables et relativement étrangères aux systèmes de contrôle économique et politique.
La crise financière que nous traversons actuellement a de nouveau mis en exergue les opportunités commerciales bien concrètes offertes par le marché des énergies alternatives renouvelables.
Comme la plupart des gouvernements le reconnaissent largement, l’économie mondiale pourrait bien être relancée par l’adoption – dans le secteur industriel comme dans le privé – de systèmes de production, de gestion et d’économie d’énergie faisant appel à des sources durables et renouvelables.
D’ailleurs, de nombreux pays ont déjà élaboré des plans de relance économique détaillés.
Aux États-Unis, le Président Obama a alloué plus de 150 milliards de dollars sur 10 ans en faveur de la recherche et du développement dans des domaines ciblés – technologies propres, énergies alternatives, voitures électriques, technologies d’économie d’énergie – afin de réduire leur dépendance croissante à l’égard des sources fossiles.
Selon les mêmes principes, la Chancelière Angela Merkel a affecté des ressources supplémentaires au développement du photovoltaïque et de l’éolien, venant s’ajouter à ce qui avait déjà été réalisé dans ces domaines ces dernières années comme, par exemple, la célèbre campagne des cent mille toits photovoltaïques.
Ainsi, une théorie essentiellement adoptée au départ à des fins de protection de l’environnement est aujourd’hui en train de devenir une solution concrète visant à apporter un sang neuf aux économies américaine et européenne, du moins à long terme.
Outre les mesures d’incitation publiques et d’évidentes raisons éthiques, un autre facteur parle en faveur de la production d’électricité à partir de sources renouvelables : le coût par kWh, presque toujours avantageux notamment quand les systèmes alternatifs sont correctement intégrés aux systèmes conventionnels existants comme le thermoélectrique ou le nucléaire.
POLYMERES TECHNIQUES
Les projets et développements d’envergure mis en œuvre afin de favoriser les énergies renouvelables et de réduire la consommation s’étendent sur tous les secteurs industriels.
Des possibilités spécifiques vont ainsi être offertes aux polymères techniques, tout particulièrement parce que nombre de ces projets seront mis en œuvre selon une approche totalement « verte ».
Par conséquent, les avantages typiques engendrés par la production et la transformation de résines et matériaux composites seront les bienvenus.
Contrairement aux métaux, les matériaux plastiques peuvent réellement accroître les économies, même au niveau de la gestion des déchets de production, des cycles de travail, de la transformation, de la consommation d’énergie et du transport.
Cependant, tous les secteurs de croissance ne peuvent pas offrir des possibilités intéressantes aux matériaux plastiques, en raison par exemple de spécifications telles que les dimensions du projet, ses exigences mécaniques, ses conditions de service, etc.
En deçà des limites imposées par les résines moulées par injection, LATI participe activement au développement de nombreux projets dans trois domaines:
En effet, l’adoption de polymères techniques dans ces domaines est plus facile et plus rapide, essentiellement en raison des exigences typiques des pièces produites et de la facilité avec laquelle le moulage par injection peut être intégré au processus de fabrication.
Une attention particulière doit également être accordée aux activités indirectes, appelées à fortement se développer dans les secteurs précités afin de produire tous les dispositifs auxiliaires requis pour faire fonctionner les unités de génération d’énergie – notamment dans le domaine du solaire thermique.
PHOTOVOLTAÏQUE
Le photovoltaïque constitue le segment qui enregistre la plus forte croissance – notamment en Allemagne. Il va aussi bientôt être massivement introduit en Italie, où les nouveaux bâtiments construits selon les plus hautes normes d’économies d’énergie sont déjà équipés de panneaux photovoltaïques.
La plus grande efficacité des panneaux et les progrès de la technologie photoélectrique au silicium vont se traduire par une nouvelle réduction des coûts, et donc un développement encore plus important de ces systèmes.
Dans ce domaine, les compounds thermoplastiques sont particulièrement intéressants en raison des vastes possibilités offertes par la flexibilité des formulations, alliée à la rapidité et à la propreté du moulage par injection.
LATI travaille dans ce domaine avec des objectifs bien spécifiques : par exemple remplacer le métal dans des éléments structurels destinés à contenir des éléments photovoltaïques, ou lancer des compounds auto-extinguibles spéciaux pour les systèmes de commande électroniques.
Les divers besoins sont multiples, mais comprennent toujours l’optimisation de la résistance du produit et un meilleur respect de l’environnement.
Voici par exemple les propriétés requises pour les composants structurels en plastique:
| Figures 1: module d’élasticité et charge de rupture de compounds structurels normalement utilisés dans les applications concernant les énergies alternatives et les économies d’énergie. À noter la comparaison avec la résistance de deux matériaux métalliques courants. |
Pour répondre à ces exigences, LATI a développé des PBT, PA66, PPS et PPA spéciaux renforcés par des fibres de verre – jusqu’à 60 % – qui assurent de remarquables performances structurelles même sous une exposition prolongée au soleil, au vent, à la pluie et aux charges mécaniques.
Les matériaux suivants ont été choisis par des entreprises de ce secteur:
| Figures 2: module d’élasticité et charge de rupture de compounds structurels normalement utilisés dans les applications concernant les énergies alternatives et les économies d’énergie. À noter la comparaison avec la résistance de deux matériaux métalliques courants. |
Par ailleurs, pour les matériaux destinés à des applications électriques et électroniques nécessitant des propriétés d’auto-extinction, la résistance à la flamme doit être obtenue au moyen d’additifs spécifiques exempts d’halogènes, de phosphore rouge et d’agents synergiques tels que trioxyde d’antimoine et borate de zinc, considérés comme dangereux tant pour la santé que pour l’environnement.
Cette approche permet la diffusion d’un produit développé selon un concept totalement « vert » vis-à-vis du respect de l’environnement, tout en représentant un outil marketing extrêmement efficace.
Là encore, LATI propose de manière exclusive ses propres grades auto-extinguibles à faible impact écologique:
| COMPORTEMENT A LA FLAMME DES MATERIAUX AUTO-EXTINGUIBLES SANS HALOGENES, TRIOXYDE D'ANTIMOINE NI PHOSPHORE ROUGE |
||||
|---|---|---|---|---|
| UL94 - 0,75/1,5/3 mm | GWIT 1/2 mm | GWIT 1/2 mm | CTI | |
|
LATAMID 66 H2 G/25-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
800/825°C |
800/825°C |
600V |
|
LATAMID 6 H2 G/30-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
800/800°C | 960/960°C | 600V |
|
LATER 4 G/30-V0HF1 |
na V0 V0 |
na/775°C | 960/960°C | 575V |
|
LARAMID G/35-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
850/850°C | 960/960°C | na |
Les produits de la série HF peuvent être utilisés avec d’excellents résultats dans la production de connecteurs, porte-fusibles, supports d’interrupteurs et boîtiers de divers types, également conçus pour contenir des dispositifs haute température (par exemple diodes et autres systèmes de commande de la puissance générée).
GENERATION D’HYDROGENE
L’hydrogène gazeux mobilise depuis de nombreuses années l’attention des chercheurs opérant dans le domaine des énergies alternatives renouvelables. Il présente en effet comme principal avantage de brûler avec une flamme fortement exothermique (dégageant donc une énergie importante) formant de l’eau comme seul produit de réaction.
De nos jours, la génération d’hydrogène par scission électrolytique de l’eau ne présente guère d’intérêt en raison de son très mauvais bilan énergétique: la thermodynamique de cette réaction demande bien plus d’énergie pour la scission des molécules d’eau (environ 5 kWh pour chaque mètre cube de H2 généré) que celle disponible lors de la combustion de l’hydrogène.
Les réactions d’électrolyse ne sont pas spontanées et demandent une quantité considérable d’énergie extérieure, ainsi qu’une solution électrolytique pour favoriser le phénomène.
Néanmoins, l’utilisation de l’électrolyse de l’eau pour stocker l’énergie produite en excès, qui sinon resterait inutilisée, constitue une possibilité très intéressante.
L’hydrogène gazeux, par exemple, est aujourd’hui considéré comme une méthode de stockage simple et efficace pour conserver le surplus d’électricité produit durant la nuit par les centrales thermoélectriques ou nucléaires, par les systèmes photovoltaïques non connectés au réseau, ou par les sources fonctionnant en permanence telles que l’éolien ou la géothermie.
Bien que l’utilisation de l’hydrogène gazeux comme source d’énergie primaire ne semble pas vraiment possible, on peut cependant envisager de l’intégrer aux sources traditionnelles.
Le gaz ainsi obtenu peut être stocké pour être utilisé durant le jour, par exemple, comme carburant écologique dans les piles à combustible, pour l’autotraction ou pour le chauffage.
La scission de l’eau se produit dans des réacteurs soumis à des conditions de service très sévères, notamment en raison de la présence de l’électrolyte – une solution alcaline aqueuse extrêmement agressive – et d’espèces natives d’oxygène et d’hydrogène gazeux assez néfastes pour les métaux.
Outre l’attaque chimique, le réacteur doit résister à la pression et à des températures de plus de 50°C, et garantir une fiabilité et une sécurité absolues au fil du temps puisqu’il renferme non seulement l’électrolyte corrosif, mais également des espèces gazeuses dangereuses et des courants électriques élevés.
| MATERIAUX | LARTON G/40 | LARTON G/40 I6 | LARTON G/40 I9 |
|---|---|---|---|
|
Allongement à la rupture (%) |
1,2 |
1,7 |
2,2 |
|
Charge de rupture (MPa) |
160 |
190 | 120 |
|
Module d'élasticité (MPa) |
16000 |
15000 | 10000 |
|
IZOD avec entaille (J/m) |
80 |
90 | 130 |
|
Comparaison des propriétés mécaniques des différents grades de LARTON G/40 |
|||
Toute défaillance structurelle peut gravement affecter le fonctionnement de l’appareil.
Le réacteur est constitué de matériaux plastiques spéciaux offrant un certain nombre de propriétés, selon des tolérances dimensionnelles les plus strictes:
Le meilleur rapport prix/performance est également une priorité impérative pour une diffusion massive des réacteurs.
Ce secteur offre ainsi de grandes possibilités aux polymères techniques spéciaux moulés par injection, et LATI a déjà développé des produits qui ont été largement testés et approuvés par les fabricants.
LARTON G/40 I6 et I9: formulation spéciale de PPS renforcé par 40 % de fibre de verre, matrice modifiée afin d’augmenter considérablement l’allongement à la rupture et la résistance au choc.
Ce produit permet d’exploiter l’excellente inertie chimique du PPS sans aucun compromis au niveau de la fragilité et de la faible flexibilité intrinsèques de ses compounds.
LARTON G/40 I6 est aussi conçu pour assurer la meilleure fluidité lors du moulage afin d’optimiser le remplissage des empreintes fines sans devoir excéder les paramètres de moulage et risquer ainsi une dégradation de la matière.
L’excellente résistance mécanique s’allie à une haute fiabilité à long terme, tout particulièrement au niveau de la résistance aux déformations permanentes dues aux charges constantes développées par les forces de serrage du pack renfermant les cellules de la pile.
LASULF: avec cette solution plus traditionnelle, les réacteurs moulés en PSU renforcé verre (ou non renforcé) présentent une excellente résistance chimique et stabilité dimensionnelle à long terme, sans aucun risque de fuite de gaz ou d’électrolyte. En raison de son coût plus élevé, LASULF s’adresse davantage aux applications industrielles qu’à des produits de base.
SOLAIRE THERMIQUE
Parmi les sources d’énergie alternatives renouvelables, celle qui trouvera le plus large champ d’application à court terme est évidemment le « solaire thermique », c’est-à-dire l’exploitation de la chaleur générée par le soleil pour produire de l’eau chaude au moyen de dispositifs intégrés aux systèmes de chauffage domestique traditionnels.
L’innovation dans ce domaine est sans conteste essentiellement favorisée par les normes récentes concernant la certification énergétique des nouveaux bâtiments. En effet, pour être conformes aux normes les plus élevées, les habitations doivent être équipées non seulement de systèmes de chauffage de l’eau, avec des ballons combinés pour son stockage et les tuyauteries associées, mais également de chaudières à condensation de nouvelle génération et de circuits de chauffage par le sol.
Fig. 3 - Les polymères peuvent être utilisés dans un grand nombre d’applications du solaire thermique.
Les débouchés pour les polymères techniques sont vastes et très intéressants, non seulement au niveau des dispositifs de production spécialement conçus pour capter la chaleur solaire, mais également des équipements permettant leur fonctionnement et leur intégration dans les installations de chauffage modernes.
Naturellement, les exigences pour les matériaux dépendent du produit final.
En général, les panneaux solaires demandent de prendre en compte les propriétés suivantes:
Les opérations les plus fréquentes consistant à remplacer le laiton et les autres métaux, nous proposons les alternatives déjà mentionnées, à savoir PPS, PPA et PA66 renforcés par des fibres de verre.
En effet, des grades minutieusement choisis de LARTON, LATAMID et LARAMID peuvent permettre de répondre à une grande variété d’exigences dans le remplacement du métal, sans oublier des avantages sur le plan du poids et de la résistance à la corrosion.
Une autre opportunité s’offre aux polymères techniques, cette fois au niveau des raccords hydrauliques dans lesquels, outre les matériaux précités, des sulfonates tels que le PSU et le PES (LASULF et LAPEX A) peuvent aussi être utilisés.
Pour finir, la conception des nouvelles chaudières à condensation, indispensables pour des systèmes de chauffage à haut rendement, mériterait d’être traitée séparément. Disons simplement que parmi les éléments de ces chaudières, les rotors et les roues sont produits avec des polymères techniques structurels antistatiques LATIOHM, répondant aux normes européennes pour les atmosphères explosives (ATEX) ; les collecteurs d’évacuation résistants à la chaleur et aux attaques acides des fumées d’échappement sont moulés en LARTON et en LATAMID, et de nombreuses autres pièces sont également moulées dans un compound.
ÉCONOMIES D’ENERGIE
Selon de nombreux experts, les énergies alternatives n’ont de sens que si elles sont correctement intégrées aux sources fossiles traditionnelles, du moins à moyen et long terme.
Une économie d’énergie sous toutes ses formes représenterait alors un pilier fondamental de tout plan de politique énergétique sérieux.
Le gaspillage d’énergie peut être largement limité en considérant systématiquement l’utilisation de polymères dans tout nouveau projet, notamment lorsqu’il s’agit de réduire substantiellement le poids sans nuire à la robustesse.
Les composés spéciaux proposés par LATI donnent déjà toute satisfaction dans divers domaines : de l’automobile à l’électroménager domestique, en passant par les applications mécaniques, hydrauliques, etc.
Quoi qu’il en soit, le résultat final doit engendrer des économies d’énergie aussi bien lors de la production que pendant le fonctionnement, sans toutefois perdre de vue les performances et les coûts.
Les composés de LATI offrent un large éventail de solutions, et les capacités d’innovation et de support offertes par ses laboratoires et services d’assistance technique permettent d’explorer n’importe quel champ d’application.