Démonstrateurs & Bancs d’essais : tour d’horizon de nos réalisations depuis 20 ans

Naldeo Technologies & Industries, anciennement Bertin Technologies, accompagne ses clients depuis plus de 20 ans. Découvrez un aperçu de divers projets sur lesquels nous avons eu la chance de travailler : hydrogène, nucléaire, énergie, défense, traitement des déchets…

Sommaire :

• Taxi à hydrogène – PSA Peugeot Citroën – Hydrogène
• Procédé NOVOSOL – Traitement de déchets dangereux
• IONOPAC – TotalEnergies – Efficacité énergétique
• Therm’Stock – CNIM – Énergie
• Projet ASTRID – CEA – Energie nucléaire
• Pompe pour satellite – COMAT – Spatial
• MESMA – Naval Group – Défense
• Urabaïla – Energies Marines Renouvelables
• Banc d’essais méthanisation – Air Liquide – Biogaz
• Boucle ENERGIE – Energie nucléaire
• Tests technologie H2Site – Kouros – Hydrogène

Dates : 2000-2003 puis 2006-2009

Au début des années 2000, PSA Citroën démarre le projet du Peugeot Taxi PAC dans le but de trouver une nouvelle réponse au défi de la réduction des émissions et de la consommation des automobiles : la pile à combustible.

De 2000 à 2003, Naldeo Technologies & Industries, anciennement Bertin Technologies, a travaillé en collaboration avec PSA sur le développement du Taxi PAC hydrogène, composé d’une pile à combustible de type PEM (6 KW) et d’un système de stockage haute pression. Nous avons  notamment réalisé :

• La conception et réalisation de la platine de détente hydrogène alimentant la pile à partir du réservoir haute pression;
• La conception des procédures de mise en route et de mise à l’arrêt du système PAC;
• L’étude du risque hydrogène sur l ’ensemble du véhicule, définition des moyens de surveillance et des procédures de sécurité;
• La conception et réalisation de l’automate de sécurité;
• L’assistance à la mise en service.

Après ce projet, nous avons de nouveau travaillé avec PSA Citroën sur plusieurs projets de piles à combustibles tels que GENEPAC ou FYSiPAC.

De 2006 à 2009, Naldeo participe ainsi au projet FYSiPAC qui vise à réaliser et à fiabiliser un générateur électrique à pile à combustible d’une puissance nominale de 17 kW, à intégrer et à tester à bord d’un véhicule. 

Les performances cibles du véhicule étaient : 

• Vitesse max de 130 km/h
• Autonomie de 400 km
• Consommation hydrogène approchant 1kg pour 100km
• Véhicule opérationnel à -20°C

Pour ce projet nous avons été chargés de réaliser l’éjecteur et le séparateur de phase de la ligne H2 de la pile à combustible.

L’éjecteur à hydrogène est destiné à recirculer l’hydrogène dans un système pile à combustible, il remplace un recirculateur. C’est ainsi que nous avons conçu des éjecteurs spécifiques à hydrogène et réalisé un banc d’essai sur le site de Tarnos pour qualifier les performances de ces éjecteurs. 

Les rôles des éjecteurs sont les suivants :

• Assurer la recirculation de l’hydrogène qui n’a pas été consommé durant le processus électrochimique vers l’alimentation;
• Assurer le contrôle de l’humidité en utilisant l’éjecteur pour extraire l’excès d’eau produit pendant la réaction et éviter le risque de noyage de la pile;
• Réduire la consommation d’énergie car les éjecteurs sont passifs, ils n’ont pas besoin d’énergie supplémentaire pour fonctionner contrairement à un système de pompe;
• Réguler le débit de gaz dans la pile à combustible en fonction de la demande énergétique.

Le banc d’essai réalisé à Tarnos a permis de qualifier les éjecteurs conçus pour les différents prototypes de véhicules, et de valider le modèle de comportement développé en phase de conception.

Date : 2005

En 2005, nous avons accompagné notre client dans le développement de son procédé NOVOSOL destiné au traitement de boues organiques chargées en métaux lourds et à la valorisation des résidus minéraux. L’objectif du traitement est de permettre la valorisation du résidu traité dans la route, le bâtiment et les travaux publics.

Le procédé NOVOSOL procède par deux étapes principales pouvant être réalisées séparément dans le temps comme dans l’espace. 

• La première étape consiste à réaliser la phosphatation des résidus, pour fixer les métaux lourds dans la forme la plus stable des phosphates de calcium, l’apatite et au séchage à l’air libre des résidus phosphatés (unité A). 
• La seconde étape de calcination permet l’élimination des polluants organiques par leur oxydation complète (Unité B).

Naldeo Technologies & Industries, Bertin Technologies à l’époque, a conçu et réalisé l’unité pilote A en conteneurs et sur remorque et l’unité pilote B sur deux semi-remorques et un conteneur. 

Le pilote de démonstration permet de :

• Démontrer les performances du procédé NOVOSOL; 
• Fournir les quantités de résidus traités requises pour l’étude des voies de valorisation; 
• Valider les coûts d’investissement et de fonctionnement pour l’exploitation industrielle du procédé.

A terme, l’unité pilote A a été exploitée pendant un an pour produire 130 tonnes de résidus phosphatés et séchés. L’unité pilote B a produit 80 tonnes de résidus calcinés, incorporés dans des matériaux routiers.

Date : 2012

TotalEnergies est une multinationale française du secteur de l’énergie, l’une des plus grandes entreprises pétrolières et gazières du monde. Historiquement connue sous le nom de Total, l’entreprise a changé de nom pour TotalEnergies en 2021.

En 2012, Naldeo Technologies & Industries, anciennement Bertin Technologies, commence à travailler sur le projet IONOPAC avec TOTAL portant sur la commercialisation d’une pompe à chaleur par absorption à fluide ionique. L’objectif est de commercialiser une nouvelle gamme de machine à absorption utilisant un mélange eau/fluide ionique, en substitution du mélange classique eau/bromure de lithium, pour des applications industrielles. 

La nouvelle paire réfrigérant/absorbant eau/fluide ionique, permet notamment d’étendre le domaine de fonctionnement de la pompe à chaleur à absorption, d’augmenter sa durée de vie et d’employer des matériaux moins coûteux (pas de corrosion). L’élargissement du domaine de fonctionnement de la pompe concerne notamment les modes cogénération thermique (production simultanée de chaleur et de froid) et production de chaleur. 

Le projet IONOPAC permettra de qualifier les performances du procédé en balayant une large gamme de température qui permettront d’assurer à ces machines une meilleure rentabilité économique, en particulier dans des procédés demandant des productions simultanées de chaleur et de froid. 

Pour cela, l’objet du projet consiste à : 

• Développer et tester une machine à absorption avec un fluide ionique de puissance de 100 kW froid;
• Démontrer le fonctionnement d’une pompe à chaleur à une température utilisable dans l’industrie dans un mode dit « Thermo-transformateur ».

Le but du démonstrateur réalisé était de lever certaines incertitudes : 

• Performance en fonctionnement longue durée
• Cycles d’échange / raffinage du fluide
• Cycle de purge
• Gestion des produits de décomposition

Le travail de Naldeo Technologies & Industries a permis de mesurer les performances d’échange de plusieurs couples réfrigérant/liquide ionique, de déterminer des domaines de fonctionnement atteignables et de mettre en évidence des facteurs clés de coût et de mise en œuvre.

Date : 2016

Le projet THERM’STOCK consiste à développer un prototype de stockage d’énergie thermique « dual thermocline » à haute température d’une capacité de 20  MWh et de le mettre en service sur un site industriel.

Le principe du système de stockage se caractérise notamment par : 

• Un réservoir cylindrique vertical (silo) rempli d’une matrice solide contribuant (comme le fluide) au stockage de la chaleur (d’où l’adjectif « Dual »), chaleur véhiculée par un fluide (huile) circulant dans le silo et assurant le transfert d’énergie;
• Une stratification verticale de la température dans le réservoir lors des cycles de charge/décharge du fluide, avec une interface de transition mobile (dite « thermocline ») entre le fluide chaud (en partie supérieure) et le fluide froid (partie inférieure).

En 2016, nous avons été chargés de réaliser et mettre en œuvre un banc d’essais équipé :

• D’un pilote de stockage « Dual thermocline » d’une capacité de 20 à 30 kWh;
• D’une boucle de circulation de fluide caloporteur (huile Jarrytherm);
• D’une chaudière gaz assurant la source de chaleur lors de la phase de charge;
• D’un aéroréfrigérant permettant de simuler la consommation de chaleur lors de la phase de décharge.

Le pilote a permis de : 

• Valider la conception générale du prototype industriel et de son système de contrôle-commande (fonctionnement sans présence humaine);
• Valider les performances de stockage thermique, avec deux milieux solides;
• Valider le fonctionnement d’un stockage sans consommation d’azote (vase d’expansion passif à faible variation de pression de la boucle);

Caractériser avec une jauge de contrainte les contraintes thermomécaniques associées au phénomène de « rochet thermique » (en charge, dilatation de l’enveloppe métallique du réservoir, supérieure à celle du solide granulaire, tassement du solide, en décharge, rétractation du réservoir, présence circonférentielle de solide issue du tassement, gênant le retour de l’enveloppe à sa position antérieure).

Date : 2018

Le CEA, ou Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, est une organisation de recherche publique française. Fondée en 1945, elle est active dans quatre grands domaines : l’énergie nucléaire (à la fois la fission et la fusion), la recherche technologique pour l’industrie, la recherche fondamentale (principalement en physique et en chimie), et les sciences de la vie et de la santé.

Le CEA a lancé en 2010 les études d’avant-projet du prototype de réacteur nucléaire de 4ème génération dénommé ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) et basé sur la technologie des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium.

La réorientation du projet, intervenue début 2018, conduit à reprendre certaines études pour notamment permettre au CEA de lever l’incertitude qui pèse sur la technologie PFHE (Plate and Fin Heat Exchanger) vis-à-vis du risque d’encrassement des échangeurs PFHE refroidis par l’eau du Rhône. Ce sont des échangeurs de chaleur azote/azote et azote/eau.

Le CNIM, partenaire du CEA pour le projet ASTRID, a proposé de conduire ces études à travers sa filiale Bertin Technologies à l’époque, devenue Naldeo Technologies & Industries, pour ce qui concerne les aspects méthodologiques, les calculs thermohydrauliques et l’étude expérimentale de l’encrassement.

Une démarche expérimentale a été proposée pour déterminer le comportement des PFHE face au risque d’encrassement par une eau chargée en minéraux et en particules en suspension.

L’installation d’essai a été conçue autour d’une boucle d’essai existante sur le site de Tarnos de Naldeo Technologies & Industries, disposant notamment d’un moyen de chauffage de 100 kW à une température de 300°C.

L’objectif du banc d’essais était de :

• Déterminer la vitesse d’encrassement selon la qualité de l’eau, dans des conditions opératoires représentatives des refroidisseurs du système de conversion d’énergie d’ASTRID;
• Mettre au point et valider une procédure de nettoyage des surfaces d’échange.

Les essais ont montré que l’encrassement était de type « asymptotique avec oscillations », et ont mis en évidence les mécanismes de croissance et d’érosion du dépôt. D’une durée comprise entre 240 et 860 heures, les essais ont permis de déterminer les paramètres influençant l’épaisseur de dépôt et la variation de la capacité d’échange et de la perte de charge de l’échangeur.

Le banc d’essai a permis :

• D’évaluer les performances de l’échangeur sur une maquette de 20 kW en conditions propres et après encrassement;
• De dimensionner des batteries consolidées par les résultats expérimentaux;

D’établir une estimation des coûts et délais de réalisation.

Date : 2018

COMAT est une entreprise française spécialisée dans l’ingénierie mécanique et thermique pour le secteur spatial. Fondée en 1971, l’entreprise se concentre sur trois domaines principaux : les structures et mécanismes, la propulsion, et la protection thermique pour satellites et lanceurs.

COMAT est un partenaire de longue date du Centre National d’Études Spatiales (CNES), l’agence spatiale française, et a travaillé sur de nombreux projets avec cette organisation dont en particulier celui-ci. COMAT développe une pompe volumétrique à l’ammoniac destinée à équiper un satellite. 

Le projet, qui a débuté en 2018, portait sur la réalisation d’un banc de test  d’une pompe volumétrique comprenant  une boucle fluide diphasique à l’ammoniac. Les conditions de fonctionnement dans l’espace exposent les équipements à des températures très froides et chaudes. C’est pour cette raison que l’ammoniac a été retenu : ses caractéristiques physico-chimiques lui permettent de rester liquide jusqu’à -77 °C à pression atmosphérique.

L’objectif du banc d’essai était de vérifier que les performances de la pompe étaient effectives et maintenues dans le temps. 

Nous avons ainsi réalisé les études et la réalisation du banc d’essais avec les contraintes suivantes : 

• Mise en œuvre de l’ammoniac anhydre pur à 99,999 %;
• Plages de fonctionnement : de -50 à 90 °C et de 0,04 à 55 bars absolus.

Le banc d’essais était fonctionnel et répondait aux exigences, notamment de sécurité. Les résultats ont démontré des performances de la pompe supérieures à celles attendues. Des points d’amélioration du démonstrateur ont été mis en évidence en vue des essais longue durée.

Dates : 1985 – 2005

La société DCN n’existe plus sous ce nom depuis 2007. Elle est maintenant connue sous le nom de Naval Group, leader mondial dans la construction navale de défense. C’est l’un des rares constructeurs de navires au monde capable de concevoir, produire et maintenir des sous-marins et des navires de surface.

MESMA (Module d’Energie Sous-Marine Autonome) est un système de propulsion sous-marin à énergie autonome développé par Naval Group (anciennement DCN) sur la base d’un concept proposé par Bertin Technologies, désormais Naldeo Technologies & Industries. Il s’agit d’un système de propulsion anaérobie : forme de propulsion AIP (Air Independent Propulsion). 

Le système MESMA fonctionne en brûlant un carburant dans une chambre à combustion à oxygène pur. L’oxygène nécessaire à la combustion provient d’une source de stockage à bord, et non de l’atmosphère. Le système de propulsion fonctionne à haute pression, et les produits de combustion (gaz d’échappement) sont dissous avant d’être évacués du sous-marin, ce qui permet de garantir sa discrétion. Les gaz brûlés produisent de la vapeur qui entraîne une turbine et un alternateur, produisant de l’électricité, qui est ensuite utilisée pour charger les batteries du sous-marin ou pour alimenter directement le moteur de propulsion.

La technologie MESMA permet aux sous-marins de rester en plongée plus longtemps, augmentant leur furtivité et leur capacité de survie. Il est à noter que ce système est plus complexe et coûteux que les autres systèmes AIP, mais offre une plus grande endurance à des vitesses plus élevées.

Bertin Technologies (à l’époque), à l’origine du concept MESMA, a participé au développement du système en partenariat avec Naval Group entre 1985 et 1992, et a notamment réalisé :

• Les études de conception de la chambre de combustion à haute pression;
• Les études de conception du recirculateur de gaz brûlés assurant le refroidissement de la chambre de combustion (dimensionnement, développement d’outils de simulation de la chambre de combustion et des transferts thermiques, choix des matériaux et des techniques de fabrication);
• Les essais de mise au point de la chambre de combustion (prototype à échelle réduite, banc d’essai spécifique pour la qualification des performances);
• La fourniture de la chambre de combustion et du recirculateur pour le prototype à terre, construit par Naval Group pour la validation globale des performances du système en conditions représentatives;
• La participation aux essais du prototype à terre;
• La fourniture des chambres de combustion pour les 3 sous-marins actuellement en service avec le système MESMA.

Nous avons également travaillé, pour le compte de Naval Group, au développement d’une version MESMA gazole – eau entre 2000 et 2005. Cette version alternative du MESMA offre les principaux avantages suivants :

• Réduction des coûts et des cycles de fabrication;
• Utilisation d’un carburant standard;
• Gain en autonomie de plongée;
• Réduction de l’encombrement.

Sur le plan technique, les différences essentielles par rapport au MESMA antérieur (éthanol, recirculation de gaz) sont les suivantes :

• Le système de chambre de combustion (SCdC) est alimenté au gazole BT;
• Le système de chambre de combustion est refroidi par recirculation d’eau et non plus par recirculation de gaz de combustion donc le recirculateur de gaz est remplacé par une pompe à eau;
• Le générateur de vapeur est modifié pour s’adapter aux nouvelles conditions du fluide primaire (moins de contraintes sur les pertes de charge, débit plus faible, coefficient de transfert de chaleur plus élevé);
• L’implantation relative du générateur de vapeur et du système de chambre de combustion est différente du fait du nouvel emménagement.

Les objectifs des travaux réalisés par Naldeo Technologies & Industries étaient les suivants :

• Réaliser un Système Chambre de Combustion (SCdC) prototype (non embarquable et consommable) permettant de valider les points critiques de conception de la nouvelle chambre;
• Réaliser un banc d’essais de la Boucle de Production de Chaleur (BPC) prototype (à l’échelle 1), permettant de faire fonctionner en conditions représentatives le SCdC prototype et le Générateur de Vapeur prototype;
• Réaliser les essais de la BPC prototype, permettant de mettre au point son fonctionnement et d’établir ses performances.

Le travail de Naldeo Technologies & Industries a permis le design et la mise en place d’un prototype à l’échelle 1 de la boucle de génération de chaleur, la validation des choix techniques et la démonstration des performances du système.

Date : 2013

Au contraire des systèmes de production massifs développés pour exploiter les courants marins, le concept porté par le projet URABAÏLA en 2013, consiste au développement de centrales de petites à moyennes puissances à partir d’une technologie simple, robuste, à bas coût, modulaire exploitant l’énergie hydrocinétique des cours d’eau et des estuaires.

Les développements issus du projet avaient pour but de construire des centrales de production d’électricité de plusieurs centaines de kW à partir de clusters de quelques dizaines de kW.

URABAÏLA avait pour ambition de fédérer un réseau de partenaires (ETI et PME) impliqués dans l’ensemble de la chaîne de valeur incluant le développement de projet, la conception, la réalisation, l’intégration des composants, l’installation de la centrale et les services associés.

La finalité du projet global était :

• De développer une technologie d’hydrolienne à flux transverse, à faible coût, exploitant de façon discrète l’énergie hydrocinétique des courants dans les estuaires et les cours d’eau;
• De lever les verrous réglementaires qui permettront de construire à partir de cette technologie des centrales de production d’énergie;
• De préparer le business plan permettant le déploiement de cette technologie.
• De favoriser l’émergence d’une filière industrielle et commerciale impliquant des ETI, PME et TPE françaises pour les marchés français et internationaux.

Les objectifs du projet étaient ainsi :

• Développer un concept d’hydrolienne à flux transverse, fonctionnel, performant et économiquement adapté aux applications envisagées;
• Démontrer le potentiel et la compétitivité de cette technologie d’hydrolienne pour des applications en milieu estuarien et sur des canaux;
• Acquérir des connaissances nouvelles pour lever les verrous technologiques (rotor, accélérateur, génératrice, bâti, ancrage);
• Améliorer la connaissance des impacts sur l’environnement et notamment les évolutions morphologiques et hydrodynamiques estuariennes;
• De prendre en compte les exigences liées à l’éco-conception et à la limitation des impacts environnementaux.

Naldeo Technologies & Industries a été chargé de la gestion et de la coordination du projet et a également participé à la réalisation d’essais sur des clusters de quelques dizaines de kW.

Date : 2019

En 2019, Naldeo Technologies & Industries, anciennement Bertin Technologies, a travaillé avec Air Liquide sur la réalisation d’un pilote de méthanisation innovant.

Air Liquide souhaitait développer une installation pilote de méthanisation pouvant être transportée. L’intérêt de cette installation pilote était de définir la qualité et la quantité de biogaz produit suivant les intrants et les conditions de fonctionnement. Pour cela, le pilote devait pouvoir fonctionner à des pressions allant jusqu’à plusieurs dizaines de bars.

Naldeo Technologies & Industries a réalisé :

• Une étude d’avant-projet;
• La consultation et sélection de fournisseurs;
• La réalisation de l’installation;
• La réception en usine;
• La mise en service partielle en usine;
• La mise en service et réception sur site Client.

Nous avons assuré la livraison d’un pilote fonctionnel conteneurisé, permettant au client de réaliser des campagnes d’essais de R&D et de validation de son procédé innovant afin de passer à la phase de commercialisation.

Dates : 2012 – 2017

De 2012 à 2017, nous avons travaillé sur la réalisation du projet boucle ENERGIE au sein d’un centre R&D. L’installation d’essais comprenait plusieurs boucles fluides mettant en œuvre des écoulements monophasiques et diphasiques eau-vapeur à haute pression (jusqu’à 200 bars) et haute température (jusque 365°C). L’installation permettait, outre l’étude des écoulements, le conditionnement du fluide en pH, en teneurs en O2 et en produits chimiques et leurs évolutions dans la boucle par la mise en œuvre de platines d’analyses.

Dans le cadre de ce projet, Naldeo Technologies & Industries, anciennement Bertin Technologies, a réalisé :

• La conception, le dimensionnement et la spécification de l’installation;
• La réalisation et le montage sur le site Client;
• La mise au point, la mise en service et la formation du personnel.

Au niveau technique, cette installation mettait en œuvre :

• Les sections d’essais;
• Une boucle primaire avec un réchauffeur électrique;
• Une boucle secondaire avec un conditionnement de l’eau, un réchauffeur électrique de forte puissance, des échangeurs de chaleur (refroidisseurs et condenseurs) et un traitement d’eau pour un fonctionnement en boucle fermée;
• Des boucles de refroidissement avec des aéroréfrigérants;
• Des circuits d’ensemencement;
• Des platines de prélèvement et d’analyses.

En partant d’un cahier des charges fonctionnel, Naldeo Technologies & Industries a réalisé les études de procédé puis l’avant-projet détaillé avant de lancer les études de réalisation.

La maîtrise d’œuvre du projet a été assurée par nos soins, avec un suivi rigoureux lors des étapes de conception et de réalisation. L’installation et le fonctionnement de la boucle a donné satisfaction au client.

Date :  2023

KOUROS est une société d’investissement industriel dédiée à la transition énergétique et aux enjeux climatiques, qui a développé une expertise unique et reconnue en particulier dans le domaine de l’hydrogène. 

KOUROS s’intéresse notamment à un procédé innovant, développé par la société H2Site permettant la production d’hydrogène à partir de gaz carbonique et d’eau (water gaz shift). 

KOUROS a sollicité l’appui de Naldeo, via sa filiale Naldeo Technologies & Industries, pour caractériser les performances de cette technologie. Nous avons proposé de tester sur notre site de Tarnos (centre d’essais historique de Bertin Technologies sur l’énergie et les procédés) le dernier démonstrateur développé par la société, dit skid H2Site. Les équipes de Naldeo Technologies & Industries ont adapté leurs installations à l’accueil de ce démonstrateur dans les meilleures conditions de sécurité et de process, et mèneront les essais de qualification.

Travaux relatifs au banc d’essais : 

• Les essais de démarrage / formation; 
• Les essais de qualification du skid H2Site (2 semaines); 
• Un rapport d’essais et une réunion de restitution.