Sous l'impulsion du partenariat, le spectre d'activités de Mélusine s'élargit progressivement. À partir de 2018, l'équipe s'intéresse au traitement des effluents utilisés pour la production d'énergie. « Les effluents sont issus des liquides utilisés pour refroidir les centrales », précise Thibaut Neveux. « Les centrales électriques nécessitent de grandes quantités d'eau pour le refroidissement, ainsi que des produits chimiques pour garantir leur fonctionnement, comme le vinaigre blanc dans une bouilloire pour éviter qu'elle s'encrasse. Cela engendre des effluents, liquides ou gazeux, dont les rejets dans l'environnement sont strictement encadrés, et font l'objet d'études montrant leur caractère négligeable. Les procédés de traitement de ces effluents sont une des manières pour recycler au maximum et réduire les rejets. »

Jusque-là, les procédés utilisés pour le traitement des effluents étaient la distillation ou l'ajout d'agents ou de résines, lesquels ont l'inconvénient de consommer de l'énergie ou des ressources chimiques. « Notre idée est de tester un nouveau procédé, qui est la séparation par membranes, détaille Eric Favre, Professeur à l'Université de Lorraine en cotutelle avec le et chercheur au LRGP (UMR CNRS). Les membranes sont des matériaux nano-structurés, des sortes de tamis très fins, qui sont en train de révolutionner certaines industries, par exemple celles du dessalement de l'eau. C'était très peu utilisé en production d'énergie. »

Ce « détournement de technologie » est une réussite pour Mélusine. Sur les 4 projets pilotes qui ont été lancés, tous ont confirmé techniquement l'efficacité de l'innovation. « Nous gagnons 10 fois en efficacité énergétique par rapport aux anciens systèmes, explique Thibaut Neveux. Nous réalisons aussi des gains d'espace et des économies financières. » Le premier test en conditions réelles aura lieu en 2024 : une échéance attendue avec impatience dans le laboratoire.

La convention de partenariat a été renouvelée pour 5 ans en 2023, avec un programme de recherche ambitieux autour de la maîtrise des procédés dans l'industrie électrique, notamment, sur les enjeux autour du carbone et de l'eau pour la production d'électricité. Comment contribuer à la décarbonation des usages ? Une préoccupation persistante, même pour un producteur d'électricité décarbonée. Comment améliorer son empreinte eau lors de la production ? Des recherches tournées vers un avenir… pas si lointain.

Le principal partenaire académique de la R&D d'EDF est le CNRS. Les deux entités fonctionnent au travers d'un accord-cadre qui fixe les thématiques de la collaboration, et ses modalités comme, entre autres, les aspects de propriété intellectuelle. Ensemble, la R&D d'EDF et le CNRS travaillent sur l'ensemble des activités d'EDF (production d'énergies, transports et réseaux électriques de distribution, sciences humaines…) La collaboration peut prendre la forme de laboratoire commun (comme avec Mélusine) ou encore de Groupement d'intérêt scientifique (GIS).

« Nos sujets s'inscrivent dans le contexte de la transition énergétique et l'atteinte de la neutralité carbone », précise Ange Caruso, Délégué Partenariats au sein de la Direction Scientifique de la R&D d'EDF.

L'un des outils les plus utilisés par les partenaires est la thèse. Les thèses sont en effet particulièrement efficaces pour lever les verrous scientifiques et techniques auxquels EDF fait face dans le cadre de son activité d'énergéticien.

« Le CNRS est impliqué dans plus du tiers des 150 thèses en cours à la R&D d'EDF », relève Ange Caruso. « Elles concernent le nouveau nucléaire (avec des sujets sur les SMR, les nouveaux matériaux…), les énergies renouvelables (sur le vieillissement et le rendement des matériaux), l'hydrogène, l'éolien, la gestion de l'eau, l'IA, la cybersécurité… »

Côté sciences humaines, on s'intéresse par exemple au facteur humain dans la sûreté nucléaire. Des chercheurs étudient ainsi l'organisation dans les centrales nucléaires et la rapidité de réaction des personnes en cas de crise.

Les thèses qui sont lancées aujourd'hui visent aussi à préparer l'avenir à plus long terme. « L'un des sujets majeurs, c'est le quantique, estime Ange Caruso. Aujourd'hui, nous n'avons pas d'ordinateur quantique à disposition ; pour autant, un jour cela sera démocratisé. Donc nous lançons des thèses, nous travaillons sur les verrous scientifiques. Par exemple, comment fera-t-on, demain, de la programmation sur du quantique ? Il faut s'y préparer. »

C'est faux ! Par exemple, dans le partenariat Mélusine, il n'a fallu que 5 ans pour passer d'une idée aux tests grandeur nature. « C'est exceptionnel pour un académique comme moi ! », s'amuse Eric Favre. En réalité, des actions sont lancées à horizons différents, certaines à moyen terme, d'autres à plus long terme. Les thèses, par exemple, prennent en moyenne 3 ans. Certains chercheurs considèrent même qu'il faut deux thèses pour venir à bout d'un problème complexe…

Mais pendant ce temps, les chercheurs continuent à explorer des pistes. Ainsi, dans le laboratoire Mélusine, les chercheurs ont éprouvé leur idée en achetant des modules de membranes, disponibles dans le commerce mais destinées à d'autres secteurs et en étudiant leurs matériaux pour réaliser leurs premiers tests et adapter la technologie à de nouveaux usages. Ce pragmatisme, c'est aussi la recherche !

Ce sont tout d’abord des laboratoires communs  :

• Mélusine (laboratoire Réactions et génie des procédés - CNRS/Université de Lorraine) a pour objectif de maîtriser les effluents dans l’usine électrique du futur ;
• 4EV Lab (Laboratoire des sciences de l'ingénieur pour l'environnement – CNRS/ La Rochelle Université) ambitionne d'améliorer l’efficacité énergétique et environnementale des bâtiments ;
• EM2VM (Groupe de physique des matériaux – CNRS/INSA Rouen/Université Rouen Normandie) étudie et modélise les mécanismes de vieillissement des matériaux ;
• BHEE (Centre d’énergétique et de thermique de Lyon – CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard) travaille sur les bâtiments à haute efficacité énergétique.

Mais aussi des unités mixtes de recherche (UMR) :

• L'IMSIA, l’Institut des sciences de la mécanique et applications industrielles (CNRS/EDF/CEA/ENSTA Paris), créé en janvier 2015 pour répondre aux enjeux industriels et sociétaux autour de la mécanique et de la durabilité des structures et systèmes complexes, dans les domaines de l'énergie, du transport et de la Défense, travaille sur les couplages multi-physiques et la durabilité des matériaux et structures ;
• L'IPVF, l’Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque d'Île-de-France (CNRS/École polytechnique/Chimie ParisTech/EDF/Air Liquide/Total SA/IPVF), créé en juin 2018, vise à développer des technologies photovoltaïques de rupture pour permettre à cette filière de contribuer plus encore et aux cotés des autres sources d’énergie décarbonées à la transition énergétique. C’est un modèle unique en son genre, réunissant des chercheurs issus de la recherche publique, mais aussi privée, EDF, Total, Air Liquide, Riber, Horiba, le CNRS et l’École Polytechnique, autour d'une feuille de route commune.

Et un groupement d’intérêt scientifique (GIS) :

• L'Institut Seism, inauguré en 2012, est un groupement d’intérêt scientifique créé par le CEA, EDF, Centrale Supélec, l’ENS Paris-Saclay et le CNRS.