Le PEPR SPLEEN pour la décarbonation de l’industrie prévoit d’initier un nouvel Appel à Manifestation d’Intérêt au printemps 2025.

Nous vous dévoilons dès aujourd’hui le détail des thématiques de cet AMI, sur lesquelles des propositions scientifiques pourront être déposées :

• Thématique 1 : Décarbonation de l’industrie – Impacts et contributions de la société

Les technologies et pratiques mises en œuvre dans la transition bas-carbone de l’industrie doivent être examinées en termes de leviers sociétaux, de contributions de la société et d’impacts indirects ou transferts d’impacts. Cette thématique ambitionne de mieux appréhender ces enjeux complexes, en développant des approches systémiques pour évaluer les leviers et impacts des politiques de décarbonation, ainsi que des outils et méthodologies pour mieux identifier, quantifier et anticiper ces problématiques, tout en promouvant une interdisciplinarité forte, pour mieux éclairer les parties prenantes impliquées dans la transition industrielle. Les propositions déposées pourront porter sur les impacts environnementaux croisés, les systèmes technologiques et leurs externalités, la modélisation et les méthodes pour l’aide à la décision, les transitions justes et inclusives, la réindustrialisation soutenable et compétitive, les représentations et la faisabilité sociétale des technologies ou encore la gestion des risques sécuritaires et environnementaux.

• Thématique 2 : Métrologie pour la décarbonation

Le contrôle en ligne des procédés industriels, grâce à des capteurs et des technologies avancées, est essentiel pour réduire l’impact environnemental et assurer la sécurité tout en permettant la décarbonation. Ces systèmes fournissent des données en temps réel pour analyser les émissions polluantes et les impacts environnementaux, favorisant un pilotage optimisé des procédés en vue de limiter leur empreinte carbone et autres impacts négatifs. Les propositions déposées pourront porter sur le développement de capteurs innovants en temps réel, qui vise à mesurer divers paramètres environnementaux avec une sensibilité accrue, tout en optimisant l’autonomie énergétique, la consommation et la maintenance, tout en tenant compte de l’écoconception pour le recyclage et la réutilisation ; le traitement des données en temps réel reposant sur des modèles physiques ou par apprentissage pour compléter, optimiser, et rendre interopérables les données avec des outils décisionnels, tout en favorisant le partage sécurisé des données entre industriels pour une base open-source de décarbonation, ou encore l’analyse de cycle de vie multicritères en temps réel, qui nécessite le développement de solutions pour intégrer les données d’émissions et les informations des fournisseurs, afin de calculer les impacts environnementaux et identifier les transferts d’impacts en temps réel dans différentes catégories.

• Thématique 3 : Electrification des procédés à faible coût énergétique

L’électricité est déjà utilisée dans l’industrie au France et, grâce au mix énergétique national (production nucléaire ou renouvelable), contribue à la décarbonation. Pour autant, de nombreux procédés pourraient encore être électrifiés, notamment pour la production et la conversion de réactifs. Les propositions doivent aussi se concentrer sur l’efficacité énergétique et le coût des technologies adaptées, en particulier pour la production de chaleur. Le développement d’électro-catalyseurs efficaces, essentiel pour surmonter les défis de l’électrification des procédés chimiques, comme la surtension et la passivation des électrodes, pourra être adressé. Cela nécessite une compréhension approfondie et l’utilisation de l’apprentissage automatique pour optimiser des catalyseurs sélectifs et réduire l’apport énergétique, avec des applications possibles dans la synthèse de l’ammoniac ou des molécules organiques complexes. En outre, de nombreux secteurs industriels requièrent une énergie croissante pour l’épuration des effluents, la fonctionnalisation des surfaces ou la séparation de phases, et ces processus peuvent être améliorés par une plus grande utilisation de l’énergie électrique. Les propositions devront se concentrer sur l’efficacité énergétique, la conservation des ressources et la réduction des déchets tout en répondant aux défis liés à ces procédés énergétiques. Enfin, l’utilisation de l’énergie électrique pour générer de la chaleur dans les procédés industriels présente un potentiel important pour réduire les émissions de CO₂ et améliorer l’efficacité énergétique. Des solutions innovantes, telles que l’induction, les micro-ondes ou les plasmas, pourront être explorées pour améliorer la génération et le transfert de chaleur, minimisant ainsi les pertes thermiques dans les applications industrielles.

• Thématique 4 : Gestion de la chaleur, récupération, valorisation de la chaleur résiduelle

Les procédés industriels génèrent des pertes thermiques importantes, notamment sous forme de chaleur résiduelle, et bien que certaines applications, comme les fumées à haute température, soient largement exploitées, des solutions innovantes sont nécessaires pour valoriser davantage cette chaleur. L’optimisation du séchage des intrants et produits dans l’industrie, ainsi que la réutilisation de la chaleur dans des procédés, sont des enjeux clés abordés par l’AMI du PEPR SPLEEN, avec un focus sur les machines thermiques et les transformateurs de chaleur. Les propositions adressées pourront porter sur l’amélioration des transferts thermiques dans les procédés industriels (optimisation des fluides caloporteurs, des configurations d’écoulement et la texturation des surfaces pour intensifier ces transferts tout en anticipant les coûts et la durabilité des matériaux), les échangeurs de chaleur pour la récupération de chaleur fatale (en appréhendant les défis scientifiques liés à l’encrassement, au vieillissement, et à la corrosion, avec un accent sur le développement de matériaux et de surfaces innovants à faible coût pour intensifier les transferts, même à basse température), le stockage thermique, notamment géothermique, pour des températures supérieures à 200°C (enjeu du besoin de fluides et matériaux adaptés pour optimiser les transferts de chaleur, tout en tenant compte de la durabilité des matériaux face à la corrosion, l’attrition et le vieillissement) ainsi que le séchage des solides divisés ou des suspensions dans les procédés industriels (dans une visée de réduction de la consommation énergétique et d’optimisation de l’intégration du séchage, y compris la récupération de chaleur résiduelle, dans un processus complet).

• Thématique 5 : Nouveaux concepts pour les fours industriels à haute température

Les procédés industriels à plus de 800°C représentent environ 20 % des émissions mondiales de CO2, principalement dues à la combustion de combustibles fossiles, et nécessitent des solutions de stockage thermique haute température et l’intégration d’énergies renouvelables intermittentes. Pour réduire ces émissions de manière durable, il est crucial de développer des technologies décarbonées, combinant différents carburants (H₂, NH₃, biomasse) et l’électrification des procédés, tout en surmontant des défis liés à la durabilité des équipements et au transfert optimal de chaleur.

Les contributions attendues pourront porter sur l’optimisation des performances thermiques de sources de chaleurs hybrides (combustion de H₂, de NH₃ et de biomasse, l’électricité) alimentant des fours industriels, en fonction des procédés mis en œuvre, la prise en compte des phénomènes liés aux atmosphères réactives (oxydantes, réductrices), sur les matériaux et les milieux exposés (fours industriels alimentés par des sources de chaleur bas carbone, hybrides) ainsi que la prise en compte du vieillissement des matériaux (phénomènes physico-chimiques, notamment) exposés à des flux radiatifs élevés et des atmosphères gazeuses réactives ou non, résultant de la combustion, des charges traités dans le procédé ou encore des charges thermiques stockées.

• Thématique 6 : Procédés innovants pour le captage du CO₂

Les procédés actuels de captage de CO₂ sont principalement utilisés par les industries à fortes émissions, mais leur adoption à grande échelle reste limitée par des enjeux techniques et économiques. Les défis majeurs incluent la réduction des coûts, le traitement des faibles teneurs en CO₂, et l’éco-conception de procédés à faible pénalité énergétique, tout en cherchant à combiner captage et valorisation du CO₂. De plus, l’implantation de ces technologies doit prendre en compte des contextes industriels variés, comme l’utilisation d’énergies renouvelables ou le captage des émissions intermittentes. Enfin, des travaux de recherche sont en cours sur les matériaux poreux, tels que les MOFs et zéolithes, pour améliorer l’efficacité du captage et de la valorisation du CO₂.

Pour appréhender ces différents enjeux, un certain nombre de problématiques seront adressées par l’AMI : l’optimisation des phases réactives pour la séparation du CO₂ (modification ou l’hybridation de matériaux issus de ressources accessibles et durables, comme les déchets biosourcés), la réduction des coûts de captage (adaptation des procédés à différentes échelles, avec des approches comme la modularisation, l’intensification des procédés et le couplage avec l’utilisation du CO₂, incluant des procédés biologiques comme ceux utilisant des microalgues), la gestion de l’énergie (intégration de sources d’énergie renouvelables intermittentes, l’automatisation du pilotage et l’optimisation des systèmes de stockage d’énergie et de chaleur) l’interaction avec l’environnement (production de connaissances sur le captage du CO₂ à faible concentration, en étudiant l’impact de l’eau et les méthodes de caractérisation des émissions liées à ces procédés).

Afin de traiter ces défis scientifiques, les propositions pourront concerner les éléments suivants :

• Des technologies, des matériaux ou des fluides répondant aux critères ci-dessus, en particulier, éco-conçus et/ou produits à partir de précurseurs non-critiques (https://www.consilium.europa.eu/fr/infographics/critical-raw-materials/), à coût économique et énergétique modéré et présentant de faibles risques environnementaux ;
• Des technologies, des procédés, des matériaux ou des fluides adaptés aux émissions de CO₂ peu concentrées et/ou au couplage captage/utilisation du CO₂ ;
• Des propositions visant à construire une approche systémique modulaire, permettant l’accès aux technologies de captage aux émetteurs de faible / moyenne capacité (moins de cent mille tonnes de CO₂ émis par an).

• Thématique 7 : Concepts, technologies et procédés en rupture pour la décarbonation de l’industrie

Le PEPR SPLEEN englobe divers domaines technologiques et méthodologiques pour réduire les émissions industrielles, améliorer l’efficacité énergétique et matière, et intensifier les procédés industriels. Cette thématique de l’AMI vise à faire émerger des propositions disruptives capables de contribuer à la décarbonation de l’industrie dans les 10 à 15 ans, avec une justification claire de l’impact potentiel, tant qualitatif que quantitatif. Les approches pluridisciplinaires, interdisciplinaires ou transdisciplinaires seront privilégiées pour aborder ces défis complexes. Des propositions peuvent par exemple inclure l’utilisation de l’intelligence artificielle pour découvrir de nouveaux matériaux, l’optimisation des surfaces d’échange thermique, ou l’amélioration de fluides caloporteurs et de milieux séparatifs. Des concepts innovants pour valoriser les déchets plastiques et la biomasse en molécules utiles pour l’industrie chimique pourraient également être appréciés. Le but est d’intégrer des solutions qui optimisent les procédés tout en contribuant à une réduction significative des émissions industrielles.

Les communautés scientifiques, équipes de recherche, chercheurs ou industriels intéressés par une ou plusieurs thématiques et envisageant de déposer une proposition peuvent contacter la direction du PEPR SPLEEN pour davantage de renseignements, à l’adresse suivante :  contact@pepr-spleen.fr .

Pour connaître le détail des attendus relatifs à une réponse à un Appel à Manifestation d’Intérêt, nous vous invitons à consulter les documents de notre dernier AMI, lancé en 2024, avec notamment une trame de lettre d’intention (modalité de réponse à cet appel).