Des "feux zombies" à l’hydrogène compressé en passant par l’électricité, 50 ans de recherches d’un laboratoire pas comme les autres

Le LEMTA fête ces 50 ans ce jeudi 4 mai 2023 au Centre Prouvé de Nancy. C’est un laboratoire de recherche de l’Université de Lorraine et du CNRS qui consacre la majeure partie de ses travaux de recherche au développement des énergies décarbonées et à la transition énergétique.

C’est un discret laboratoire du CNRS et de l'Université de Lorraine situé à Vandœuvre-les-Nancy. Quand on arpente ses couloirs labyrinthiques, on est loin de se douter du nombre de contributions, essentielles à la recherche, qui se sont faites derrière ces portes. Par exemple, l'Agence spatiale européenne a confié, en 2022, au Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA), à Nancy, une recherche particulière, comme nous l’explique Olivier Lottin, directeur du LEMTA : "Notre mission est de développer des systèmes de compression physiques ou thermochimiques de l’hydrogène, qui se passent de pièces en mouvement. Cela pourrait servir par exemple pour des bases lunaires ou pour les véhicules spatiaux. L’idée est d’être capable de produire l'énergie et de la stocker."

À la pointe sur l’énergie  

La transition énergétique est sans conteste un des domaines où les enjeux sont les plus forts. Le LEMTA contribue à la recherche sur l’hydrogène décarboné, mais pas seulement."Un des points  importants pour nous est la durabilité des piles à combustible hydrogène. Il s’agit d’en faire des sources d’électricité fiables et peu consommatrices en matières premières."  Les batteries sont en train de prendre de plus en plus de place dans les véhicules individuels. L’hydrogène concerne prioritairement les transports lourds : véhicules utilitaires, poids lourds ou encore trains et avions. "Cela suppose que l’on progresse encore sur la durabilité des systèmes à hydrogène du type pile à combustible. 

On est sur des durées d’utilisation plus longues que sur un véhicule à usage individuel. On progresse sur les matériaux qu’on va utiliser, sur la quantité de catalyseurs nécessaires et aussi sur les protocoles d’utilisations. Il faut, par exemple, être attentif aux phases de démarrage et aux phases d’arrêt. On travaille aussi à l’intégration des énergies renouvelables, intermittentes, dans le réseau électrique. Ces énergies pourraient aussi être stockées sous forme d’hydrogène."

Prévention et lutte contre les incendies 

Les pompiers de Paris doivent leur tenue vestimentaire en grande partie à une recherche du LEMTA. Elle offre une meilleure protection thermique. "Les pompiers utilisent aussi désormais une lance diphasique qui a fait ses preuves", nous explique Olivier Lottin.  En matière de prévention, le laboratoire possède sa propre plateforme des sciences des incendies

Un outil qui permet aux chercheurs de travailler sur la modélisation de la propagation des feux pour mieux les anticiper. "Ce qui nous occupe actuellement, ce sont les "feux zombies". Ce sont des incendies de forêts difficiles à éteindre et qui se propagent de manière souterraine."  

La sureté nucléaire 

Jusque-là, les pouvoirs publics pariaient sur la prévention en multipliant les protocoles de sécurité, en mettant en place aussi des redondances. Depuis Fukushima, la donne a changé. "Les bâtiments réacteurs doivent être capables de supporter une fusion du cœur. Cela suppose que l’on comprenne à coup sûr comment se comporte le corium, c'est à dire le matériau qui résulte de la fusion du coeur en matière d’écoulement et de transfert thermique dans ces conditions particulières. Les matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires ne peuvent pas être utilisés directement pour des expérimentations dans un laboratoire. Il faut trouver des matériaux assez proches pour simuler ce type d’événement et pour chercher des solutions." Pour faire ces recherches, le LEMTA utilise des technologies comme celles utilisées sur la plateforme incendie qui permet de travailler à une plus petite échelle, mais en reproduisant des conditions proches du réel.  

La rhéologie 

La rhéologie, c’est un des autres axes de recherche du LEMTA, "L'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte. "

Comprendre les phénomènes à l’œuvre dans le changement climatique en combinant des mesures de terrain, des modèles théoriques et des approches numériques. C’est une des pistes de recherche qui sera exposée lors de la journée de jeudi 4 mai pour les 50 ans du LEMTA par Stéphane Popinet, membre de l'équipe FCIH: fluides complexes et instabilités hydrodynamiques à Sorbonne Université. "Les échanges de chaleur, de masse et de quantité de mouvement à l'interface entre l'océan et l'atmosphère jouent un rôle central dans la dynamique et l'évolution du système climatique. Comprendre et prédire ces échanges, nécessite de relier statistiquement des phénomènes se produisant à très petites échelles (de l'ordre du micron) aux échelles climatiques (supérieures au kilomètre)."

50 ans de recherche 

Le laboratoire a été créé en 1973 et regroupait une trentaine de personnes. Il s’est développé autour de trois piliers scientifiques que sont la mécanique, la thermodynamique et les transferts thermiques. Les problématiques liées à l’énergie ont toujours été au cœur de ses activités. Aujourd’hui, ses trois principaux domaines de recherche sont la chaleur, l’hydrogène et l’électricité. En 2023, le LEMTA regroupe près de 190 collaborateurs : chercheurs, doctorants, postdoctorants et personnels d’appui à la recherche. Ce jeudi 4 mai 2023, se tient un colloque anniversaire qui rassemblera 200 personnes au Centre Prouvé de Nancy.