Édito

1 an…. Voila déjà un peu plus d’un an que vous suivez l’actualité de nos laboratoires et centres techniques. Pour 2019, la newsletter Icéel reste fidèle à elle-même et continuera d’attirer votre attention sur les faits marquants et les points forts de nos équipes de recherche.

Avez-vous déjà remarqué notre nouveau site web ? Il a fait peau neuve afin de mieux répondre à vos attentes, mais chut, on ne vous en dit pas plus et vous laissons naviguer…

Aujourd’hui, zoom sur une de nos composantes, le CIRTES, qui est aussi l’un des précurseurs en France dans le domaine des technologies innovantes en fabrication additive. De la Stratoconception® à Pack&Strat®, nous vous présenterons l’ensemble des activités, du premier brevet déposé dans les années 80 à la création de la plateforme INORI dédiée au développement rapide de produit.

Côté projets de recherche, nous reviendrons tout d’abord sur le CREGU et les outils développés pour la prévention des risques environnementaux, enfin nous vous présenterons les travaux de l’Institut Jean Lamour sur l’efficacité énergétique appliquée à l’industrie microélectronique.

Michel LEFORT, président de la société Exergia, reviendra sur le partenariat entre sa société et le LERMAB sur des thématiques de valorisation de la biomasse. Vous en saurez davantage sur l’accompagnement proposé par l’une de nos composantes.

Focus CIRTES

CIRTES est une société labellisée Structure de Recherche Contractuelle (SRC) et composante du Carnot depuis 2007. Située au cœur du bassin industriel de Saint-Dié-des-Vosges, CIRTES possède également un établissement à Carmaux, dans le Sud-Ouest de la France.

A l’origine, Claude Barlier mène au milieu des années 80, à Nancy, des travaux de recherche sur le procédé de Surveillance de l’Usinage Actarus® et sur le procédé de Fabrication Additive (Prototypage Rapide) Stratoconception®, sur lesquels il dépose les premiers brevets.

En novembre 1991, afin de développer ses travaux de recherche brevetés, Claude Barlier crée CIRTES à Saint-Dié-des-Vosges. Le projet obtient le label et le soutien du programme européen STRIDE, piloté par l’ANVAR.

CIRTES a pour vocation l’Innovation par la Recherche & Développement autour de trois procédés majeurs brevetés :

La Fabrication Additive par Stratoconception®

Stratoconception® est le procédé de fabrication additive de type solide/solide qui permet la fabrication, couche par couche, d’un objet dessiné en CAO, sans aucune rupture de la chaîne numérique (voir figure ci-contre). Le procédé consiste en la décomposition automatique de l’objet en une série de couches élémentaires complémentaires appelées strates, dans lesquelles sont placés des inserts de positionnement et des renforts.

Chacune de ces strates est directement mise en panoplie puis fabriquée par micro-fraisage rapide, par découpe laser, par découpe au fil par découpe cutter… L’assemblage des strates est pris en compte dès l’étape de conception afin d’assurer la tenue aux contraintes mécaniques pendant l’utilisation. Les inserts servent à la fois de pions de positionnement et de liens entre les strates. Le procédé fait partie des procédés normalisés retenus par ISO 17296-2.

La Fabrication Additive pour l’Emballage Rapide 3D Pack&Strat®

Le procédé Pack&Strat® propose un emballage esthétique avec de nombreuses possibilités de customisation et de regroupement automatique de pièces, le procédé s’inscrit aussi dans l’enjeu de développement durable en proposant la possibilité de calages en matériaux recyclables ou biodégradables tels que le carton, le bois, le liège et d’autres matériaux recyclables en plaque à base de fibres naturelles. Il est également possible de l’appliquer sur des matériaux de type polystyrène ou polypropylène. Il s’agit aujourd’hui d’une solution industrielle aboutie.

Le procédé est diffusé, par INORI, sous forme de stations autonomes clé en main et il est également possible d’intégrer le logiciel et les équipements (cutter, fixation, etc.) sur des machines trois axes ou sur des tables de découpe (cutter) existantes. Il est possible aussi d’emballer des produits en petite ou moyenne série à partir de la réalisation directe de formes de découpe, directement utilisables par des presses de découpe en série.

La Surveillance de l’Usinage par le système Actarus®

Le procédé breveté Actarus®

A l’origine, depuis 1986, le principe de base a été initié et breveté par Claude BARLIER qui a mené des travaux de recherche dans le domaine du contrôle direct et en continu de l’usure des outils de coupe par micro-sonde incorporée.

Les applications du procédé de Actarus®

Parmi les systèmes de surveillance actuellement disponibles sur le marché, le procédé breveté Actarus® est le seul qui permette de mesurer la température directement au cœur du processus de coupe : le point de mesure se situe en moyenne, suivant les configurations adoptées, à quelques centièmes de millimètre directement sous l’arête de coupe, à l’interface pièce outil et/ou copeau outil. Le système Actarus® avec le logiciel TWS 5®, aident à la suppression des bris d’outils, l’optimisation des conditions de coupe, la gestion de l’usure et de la durée de vie des outils. Le système et le logiciel  sont également diffusés par CIRTES.

Partenariat EXERGIA/LERMAB

Michel LEFORT, fondateur de la société EXERGIA nous explique le partenariat qui le lie avec notre composante, LERMAB sur des thématiques énergétiques.

Exergia est un cabinet d’ingénierie qui accompagne les entreprises dans leurs démarches d’efficacité énergétique. Nous les aidons à adapter leurs pratiques et investissement dans des technologies propres et sobres. Notre activité se décompose en trois axes principaux :

  • Biomasse : Accompagnement de projets de rénovation ou installation de centrales de production de chaleur, pour alimenter un procédé industriel ou un réseau de chauffage.
  • Efficacité énergétique pour l’industrie : réalisation d’audits énergétiques, mise en place d’indicateurs de la performance, Modélisation des procédés industriels…
  • Efficacité énergétique du bâtiment : modélisation thermique, audits énergétiques des bâtiments…

Depuis quelques années, nous avons accéléré nos recherches sur la thématique de valorisation de la biomasse. Nous sommes convaincus que les filières telle que la « Gazéification » se révéleront comme de plus en plus incontournables pour le futur des énergies.

Exergia est avant tout née d’une volonté de ma part de laisser aux générations futures des solutions techniques sobres et viables de production d’énergie. Après plus de quinze ans au sein de l’entreprise Thomson, et deux expériences avec des startups spécialisées dans l’énergie renouvelable, j’ai senti que c’était le moment opportun pour me lancer dans l’aventure de l’entrepreneuriat.

Celle-ci débute en 2011, quand Exergia a été lauréate du Réseau Entreprendre. Cela nous a permis de bénéficier d’un accompagnement durant les premières années. Ce dernier s’est révélé d’une importance capitale, au même titre que les aides financières accordées par la Région Bourgogne-Franche-Comté et du support apporté par mon banquier.

Lorrain de base, je connaissais l’ENSTIB et le campus Bois où est également situé le LERMAB. Par ailleurs, j’avais déjà collaboré avec le LERMAB lors d’une précédente expérience (recherche sur les techniques de carbonisation de la biomasse), je connaissais donc bien leurs compétences.

Au sein d’Exergia, il nous est difficile de faire de la R&D car cela nécessite d’importants moyens difficiles à supporter. L’idée de contacter le Lermab était donc toute naturelle puisqu’un éventuel partenariat pouvait également servir le laboratoire.

J’ai donc rencontré Yann ROGAUME, directeur adjoint du LERMAB, avec qui le contact s’est très vite bien passé. Nous avons commencé à discuter d’une éventuelle collaboration et notamment comment nous pouvions mutuellement nous aider.

Notre partenariat porte sur le sujet de la valorisation de la biomasse dans les procédés industriels, où le LERMAB s’est révélé un réel support scientifique et technique.  A l’heure actuelle, nous collaborons sur trois principaux projets :

  • CHARBONBIO : Substitution du charbon minéral par du charbon issu de pyrolyse de biomasses dans l’industrie de l’acier
  • PROFIDEA : Valorisation sous forme de matière de la partie bois des Déchets d’Eléments d’Ameublement (DEA)
  • Gazéification : Développement de la gazéification de la biomasse pour la mise en place d’unités de cogénération de moyenne puissance (1 à 10 MWélec).

Ces projets se concrétisent un peu plus chaque jour avec notamment la construction de chaufferies Biomasse, le support du « dispositif de soutien Biomasse Énergie et Entreprises du Fonds Chaleur », ou encore la validation de nos dossiers en réponse aux appels d’offre CRE (3 dossiers Exergia retenus).

Oui clairement, le support du LERMAB est précieux à plusieurs niveaux. Il nous permet de proposer des solutions innovantes aux industriels, de disposer de plateformes d’essais avec nombreux pilotes accessibles en accompagnement de projets, de bénéficier d’une expertise supplémentaire.

La réponse commune à divers appels d’offre est l’illustration que ce partenariat est gagnant-gagnant. En contrepartie de son support, le LERMAB dispose avec nous d’une ouverture vers des projets industriels, avec la prise en compte de nombreux critères (aspects économiques, réglementaires, financiers…). Les pilotes mis en place sont également valorisés et offrent une réelle reconnaissance au laboratoire.

Oui certainement, les liens tissés avec le LERMAB ne vont cesser de se développer avec pour vision à moyen terme la mise en place d’un laboratoire commun, de thèses CIFRE et bien d’autres projets d’envergure.

Nos projets de recherche

Comment analyser la distribution des métaux dans les matériaux géologiques ?

La distribution des métaux dans les matériaux géologiques ou biologiques
est de première importance pour :

  • L’étude du cycle de la matière
  • La prévention des risques environnementaux
  • La valorisation (séparation, extraction des métaux) et pour toutes les phases industrielles du cycle de vie des métaux.

L’objectif du projet était d’imager la distribution des métaux dans toute matrice comme des roches, des minerais, des sols ou des végétaux, ce qui constituera une base de données essentielle à la sélection de zones avant toute investigation à des échelles inférieures. Il constituera, une fois calibré, l’équivalent des approches de type Chemscan si les contenus élémentaires sont transformés en % de phases minérales, avec la possibilité de travailler à différentes échelles depuis la dizaine de cm jusqu’à la centaine de microns.

Un équipement a été installé en fin d’année 2018 et permet :

  • La caractérisation des échantillons par micro fluorescence à rayons X (Micro-XRF) sur un petit point (pixel de 20×20 microns)
  • La cartographie chimique (du Na à l’U) des échantillons d’une grande variété (taille, forme)
  • L’analyse bidimensionnelle de pratiquement n’importe quel type d’échantillon (inorganique, organique et même liquide)

Une des applications potentielles est d’imager au moins jusqu’au millier de ppm, la distribution des métaux dans toute matrice. L’ensemble des traitements potentiels sera progressivement examiné au cours de l’année 2019.

La mise en oeuvre de cette méthode est un point clé avant toute utilisation soit de microsonde électronique, ablation laser ou microsonde ionique puisqu’il permet de visualiser à une échelle très supérieure mais avec une bonne résolution, la distribution chimique, donc de disposer d’une cartographie chimique facilement transposable en cartographie pétrographique.

Cet outil a été financé par le Carnot, le Labex Ressources 21 et le CREGU.

Cet outil est utile pour l’analyse et la cartographie d’anomalies de concentrations dans tous types de matériaux, dont des matériaux organiques localisables à l’échelle microscopique dans des contextes différents (roches, sols contaminés, interfaces substrats- racines, feuilles…). Des résultats significatifs ont été acquis sur les cas-tests géologiques suivants :
– Détection et cartographie du niobium dans la wolframite (minerais de tungstène, projet européen ERAMIN NewOres)
– Cartographie de Ni, et Co dans les latérites de Weda Bay (Indonésie) en partenariat avec Eramet (projet Labex Ressources 21)
– Identification de porteurs de U, Ti, V dans les minerais basse teneur de Imouraren (en partenariat avec Orano-CREGU)
– Recherche de porteurs de terres rares

L'industrie microélectronique face au défi de l'efficacité énergétique

L’industrie microélectronique doit faire face à des défis majeurs liés à la dissipation de puissance et la consommation d’énergie. La consommation dynamique et statique des mémoires DRAM et caches SRAM va prochainement limiter l’augmentation des performances des processeurs. Une voie prometteuse pour arrêter cette tendance est l’intégration de Mémoire Magnétique non-volatile MRAM.

Le développement de mémoires non-volatiles dans l’optique de leur intégration dans des processeurs à très faible consommation d’énergie et dont les dimensions peuvent être réduites est actuellement un défi majeur de l’industrie des technologies de l’information et un marché extrêmement compétitif. La difficulté majeure est de démontrer que l’écriture de l’information (retournement de l’aimantation pour les MRAM) peut être réalisée pour des temps courts et des énergies consommées faibles.

L’objectif était la réalisation d’un démonstrateur : un point mémoire dont l’écriture de l’information est réalisée par un pulse laser sur un média magnétique dont le bit mémoire est de taille nanométrique et de stabilité compatible avec une durée de rétention de l’information de 10 ans.

Pour ceci, les équipes de recherche ont fait appel aux centres de compétences de l’IJL :

La collaboration avec le CMRR de UC – San Diego a été primordiale dans la réalisation de cet objectif.

Les matériaux magnétiques optimisés ont été intégrés dans une Vanne de spin. Ce dispositif, à la base des MRAM, possède une forte variation de résistance électrique lorsque la configuration magnétique des deux couches magnétiques est parallèle ou antiparallèle.

Un travail important a été de réaliser la gravure des matériaux afin de former les dispositifs avec des différentes tailles. Les moyens de fabrication au centre de compétence Minalor et au CMRR ont été utilisés.

Les chercheurs ont ensuite démontré qu’un seul pulse laser d’une durée d’une dizaine de femto seconde peut retourner l’aimantation d’une des deux couches. On peut choisir la couche à retourner en changeant l’intensité du laser : C’est une première mondiale (les résultats viennent d’être soumis à la revue Nature
Nanotechnologie).