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L’innovation au service du climat : de TREND-X à E4C

Directeur de recherche CNRS et Directeur du Laboratoire de météorologie dynamique, Philippe Drobinski a lancé en 2015 le programme TREND-X consacré à la transition énergétique et soutenu par la FX dans le cadre de sa deuxième Campagne de levée de fonds. Six ans après son lancement, ce programme est devenu grand et a servi de socle à la création en juin 2019 d’E4C (Energy4Climate), le centre interdisciplinaire sur l’énergie et le climat de l’Institut Polytechnique de Paris.

TREND-X : 10 laboratoires de recherche de l’X mobilisés en faveur de la transition énergétique

Alors que l’humanité est confrontée à un défi climatique d’ampleur inégalée, l’École polytechnique a mis en place en 2015 le programme TREND-X avec l’objectif de développer une recherche transdisciplinaire en matière de transition énergétique, intimement liée à ses formations à travers des cours dédiés. Ce programme, qui s’appuyait sur 10 laboratoires de recherche et 7 départements d’enseignement de l’X, s’articulait autour de 3 axes : les « matériaux et systèmes de conversion et de stockage », les « bâtiments intelligents » et la « prospective énergétique ». « Le premier axe de recherche visait à élaborer des composants innovants pour des systèmes de conversion énergétique et de stockage afin d’améliorer leur rendement, leur durée de vie et de diminuer leur coût. À travers l’axe sur les bâtiments intelligents, nous avons cherché à modéliser des systèmes de gestion énergétique en développant des micro-réseaux intelligents et des démonstrateurs à taille réelle. Enfin, le troisième axe avait pour objectif de concevoir des scenarii de mix énergétique favorables à la transition énergétique », rappelle Philippe Drobinski qui portait le projet.

Dans le cadre de TREND-X, le chercheur et son équipe sont notamment parvenus à construire le micro-réseau NRLAB qui leur a permis de modéliser à une échelle réduite les systèmes de gestion énergétique et de tester différents scenarii. Ils ont également commencé à développer des démonstrateurs à taille réelle intégrés à trois bâtiments du campus de l’X : le Drahi - X Novation Center où sont aujourd’hui expérimentées des solutions de gestion intelligente de l’électricité, le bâtiment 103, destiné à héberger plus de 500 étudiants, qui devrait permettre dès cette année l’expérimentation en autoconsommation collective, et enfin un bâtiment de l’observatoire du climat SIRTA, en construction, qui sera équipé d’un micro-réseau électrique de recherche modulable. « Pour développer le projet TREND-X, nous avons bénéficié du soutien de mécènes qui a été déterminant. Il a d’une part entraîné un effet de levier nous permettant de trouver d’autres financements et d’autre part, il a permis au projet de grandir et de changer d’échelle avec la création d’E4C », explique Philippe Drobinski.

Energy4Climate : un centre interdisciplinaire dédié au climat et à l’énergie

Créé en juin 2019 par l’Institut Polytechnique de Paris et l’École des Ponts, et lauréat en septembre 2019 du Programme d’Investissement d’Avenir « Écoles Universitaires de Recherche » (EUR), le centre interdisciplinaire E4C a pour objectif de relever le défi de la transition énergétique grâce à l’expertise scientifique de 26 laboratoires partenaires et de plus de 400 chercheurs. Ces différentes expertises soutiennent un programme de recherche ambitieux au niveau mondial et offrent un parcours international unique de formation sur l'énergie. « Avec le centre E4C, qui s’inscrit dans la continuité du programme TREND-X, nous avons l’ambition d’accélérer la transition énergétique par l’interdisciplinarité. Nous ne souhaitons pas exclusivement faire de la recherche fondamentale mais démontrer le développement de la transition énergétique sur le terrain », indique Philippe Drobinski qui a fondé et dirige le centre.

La recherche menée dans le cadre d’E4C s’organise autour de 8 axes de recherche appelés « Research actions » visant (1) à réduire les émissions de gaz à effet de serre, (2) à améliorer le potentiel d'efficacité énergétique et la flexibilité de la demande pour réduire la consommation d'énergie, (3) à gérer et contrôler dynamiquement la distribution d'énergie renouvelable via des réseaux intelligents et (4) à déterminer la pertinence, l'efficacité, la faisabilité sociale et la durabilité des solutions techniques proposées, pour économiser l'énergie et réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Pour conduire ces recherches soutenues notamment par Total, EDF et NamR, le centre développe des plateformes instrumentales (plateforme de tests photovoltaïques, smartgrids électriques et thermiques à l’échelle de bâtiments, micro-réseau NRLAB) et s’appuie largement sur les deux démonstrateurs qui ont vu le jour ces dernières années sur le campus de l’X. Il développe également une suite de modèles pour la prospective énergétique (E4Clim), un ensemble de méthodes pour la prévision de la production d’énergies renouvelables et la consommation énergétique (E4Cast), ainsi qu’un centre de données (E4C DataHub) permettant un accès facile à des données climatiques et énergétiques afin d’accélérer la transition énergétique.

Former les futurs leaders des énergies de demain

D’un point de vue académique, le centre E4C propose des formations internationales interdisciplinaires dans le domaine de l'énergie avec l’objectif de former les futurs leaders des énergies de demain. Le cursus d'enseignement E4C s’étend des masters au doctorat et s'appuie sur 3 piliers : l'éducation interdisciplinaire, les compétences en entrepreneuriat et l’employabilité. Un parcours « Energy » a par exemple été mis en place dans le Master X-HEC Entrepreneurs ainsi qu’un certificat « Entrepreneurship », à destination des étudiants de Master et des doctorants.

De nouveaux supports pédagogiques en ligne ont d’ores et déjà été élaborés et les étudiants des établissements partenaires sont directement associés aux activités du centre. Plus de 100 d’entre eux ont par exemple participé en 2020 au premier challenge international organisé par E4C pour « imaginer une ville sans carbone », remporté par le projet Metr’Eau’Pole. La deuxième édition de ce challenge porte cette année sur le thème « Objectif neutralité carbone 2050 : déclinaisons locales ». Par ailleurs, le centre E4C organisera du 5 au 9 juillet 2021 sa première école d’été consacrée aux bâtiments intelligents et destinée aux étudiants de Master et de Doctorat.

Depuis son lancement en 2019, le centre interdisciplinaire E4C a donné lieu à de nombreuses réalisations, tant en matière de recherche que d’enseignement, qui ont été saluées. En effet, le centre a été l’un des contributeurs au premier rapport régional sur le climat en Méditerranée, MedECC, qui a reçu le Prix Nord-Sud 2020 du Conseil de l'Europe pour la qualité des travaux réalisés. Poursuivant son ambition de figurer dans le Top 5 des initiatives mondiales dédiées à la transition énergétique, E4C a rédigé un livre blanc qui devrait être publié en juin prochain et multiplie les collaborations scientifiques dont les résultats sont très prometteurs.