Grâce à de nouvelles connaissances, les institutions du Domaine  des EPF servent de base aux débats politiques et à la solution des problèmes urgents de notre époque. Les technologies innovantes  et leur mise en œuvre sous forme de produits, procédés et services garantissent la compétitivité mondiale de la Suisse malgré la force  du franc. Le transfert efficace de savoir et de technologie contribue de manière décisive à la prospérité de notre société.

La stratégie énergétique 2050 de la Confédération prévoit une pro-duction accrue d’énergie solaire à l’avenir. Mais lorsque le soleil brille, il peut y avoir surproduction: l’injection dans le réseau électrique doit être arrêtée et une énergie précieuse est perdue. Pour pallier ce problème, le campus de l’EPFL possède depuis août 2015 un grand container blanc contenant 9 000 cellules de lithium-iontitanate formant une énorme batterie d’une puissance de 0,565 MWh, capable d’atteindre presque 1 MW. Cette installation a été conçue et construite par le fabricant de batteries Leclanché, qui a son siège à Yverdon-les-Bains.

«La longue durée de fonctionnement de cette batterie en fait la spécificité», explique le professeur Mario Paolone de l’EPFL. «Elle supporte jusqu’à 15 000 rechargements et déchargements à 100% chacun sans perte de performance, tandis que les batteries des téléphones portables, ordinateurs portables et voitures électriques connaissent de fortes déperditions.» Cette innovation de la société Leclanché est une batterie lithium-ion qui contient une anode de titanate de lithium au lieu du graphite traditionnel.

Energie solaire par mauvais temps

Le container peut stocker et fournir jusqu’à 565 kWh d’électricité. Cela correspond à la production d’électricité de 2 500 m2 de panneaux solaires en quelques heures ou à la consommation quoti-dienne d’une centaine de ménages. Sur le campus de l’EPFL, cette batterie et le parc solaire existant constituent le réseau d’alimentation électrique de l’EPFL de 20 kV. L’énergie solaire peut ainsi être stockée en cas de surproduction, puis réinjectée dans le réseau par mauvais temps ou lors des pics de consommation. De plus, la batterie peut exercer une fonction de contrôle sur le réseau d’alimentation de l’EPFL, en enrayant les fluctuations de tension et les goulots d’étranglement de ligne.

Cela nécessite un contrôle élaboré de la batterie et du secteur, que les chercheurs de l’EPFL veulent tester en collaboration avec Leclanché et Suisse Romande, le fournisseur d’électricité de Suisse occidentale. Le canton de Vaud soutient ce test à raison de 2 mio CHF. Ce projet est également intégré aux activités du SCCER FURIES (Future Swiss Electrical Infrastructure). «Normalement, de nouvelles techniques de contrôle sont testées à l’aide de modèles et de simulations», explique Mario Paolone. «Désormais, sur notre campus, nous pouvons valider directement, i. e. grandeur nature, les processus de contrôle de la batterie, car elle est liée à un système de dosage pénétrant très précis.» Les résultats sont ainsi beaucoup plus précis, estime le spécialiste en énergie: «C’est ce qui rend cette installation unique en son genre.»

Une solution plus raffinée, capable de stocker efficacement l’excédent en énergie solaire ou éolienne pour les pics de consommation, présente un potentiel énorme. Une coopération étroite entre les Hautes écoles et l’industrie doit désormais assurer la mise en œuvre de ce projet. «L’innovation est l’élixir de vie, le facteur clé de l’industrie suisse», a déclaré Hans Hess, Président de Swissmem, au «Industry Day 2015» de l’ETH Zurich. Des chercheurs, dont le professeur Robert Riener du laboratoire des systèmes sensorimoteurs à Zurich, y ont présenté les résultats d’avant-garde en sensorique, robotique, biologie des systèmes et médecine personnalisée.

Des patients s’entraînent avec des robots

Avec son équipe et la clinique universitaire Balgrist, Robert Riener a mis au point un robot qui aide les patients atteints de troubles neurologiques à se réadapter. Les personnes concernées sont souvent hémiplégiques. Grâce à la physiothérapie et à l’ergothérapie, certains patients peuvent réutiliser leur bras. Le robot aide le thérapeute dans sa pratique. Il soulage le poids du bras paralysé et accompagne le mouvement de l’épaule et du coude, «mais juste ce qu’il faut», précise Robert Riener. Des capteurs de force veillent à un réglage personnalisé. Et grâce à la réalité virtuelle, les patients restent motivés et reçoivent un retour d’information direct sur leurs mouvements. En effet, un jeu informatique leur fait collecter des pièces sous l’eau ou naviguer dans un labyrinthe pour déverrouiller un coffre au trésor.

Robert Riener a baptisé son invention «ARMin». Elle aide désormais les patients en réadaptation dans des cliniques et des centres thérapeutiques du monde entier sous le nom de «ArmeoPower». «Nous avons conçu ce produit avec la société Hocoma», explique le professeur. Depuis son lancement en 2011, plus de 80 appareils ont été vendus, «avec une tendance à la hausse chaque année», déclare Lars Lünenburger, directeur de la branche Technologies clé chez Hocoma, fondée en 2 000 comme spin-off de la Clinique de Balgrist pour lancer sur le marché le robot qui y avait été développé. Avec ce «Lokomat», les patients à mobilité réduire peuvent réapprendre à marcher après un accident vasculaire cérébral ou une lésion de la moelle épinière. Hocoma emploie aujourd’hui 150 personnes. «Nous sommes le leader du marché dans notre domaine», certifie fièrement Lars Lünenburger, et notamment grâce à l’étroite collaboration avec l’ETH Zurich. «Ainsi, nous avons des doctorants qui effectuent leurs recherches sur place à Hocoma», explique Robert Riener. «Nous aboutissons ainsi à une excellente collaboration suscitant des questions de recherche et des solutions innovantes.» Hocoma est en outre le principal sponsor du «Cybathlon», une compétition pour les athlètes ayant un handicap et assistés par robot que l’ETH Zurich organisera en octobre 2016 sous la direction de Robert Riener.

Les brevets et licences garantissent que les inventions puissent être d’abord commercialisées par les inventeurs et les détenteurs de licences. Mais depuis lors, des entreprises d’Asie de l’est ont copié les robots de rééducation. C’est pourquoi l’avancée technologique résultant de la collaboration avec l’ETH Zurich est plus importante que la protection par des brevets, indique Lars Lünenburger.

Mieux connaître un bien commun

«Chez nous, les partenaires ne sont pas des entrepreneurs», affirme Christoph Hegg, directeur adjoint du WSL à Birmensdorf. «Notre transfert de savoir et de technologie s’adresse au secteur public et à la société.» Les résultats de la recherche doivent soutenir et aider les autorités et les citoyens. «Il s’agit de biens publics, tels que la protection contre les risques naturels ou la gestion de la nature dans laquelle nous évoluons et pour lesquels il est logique de ne pas déposer de brevet», signale Christoph Hegg. Un exemple: la forêt et le rapport de situation que le WSL publie tous les dix ans avec l’OFEV.

Le rapport forestier 2015 arrive à la conclusion que la forêt suisse se porte relativement bien. Au cours de la dernière décennie, aucune grosse tempête n’est venue détériorer la forêt, la situation a été calme et relativement stable. «Mais une menace pointe à l’hori-zon et nous devons nous y préparer», indique Christoph Hegg. Il fait notamment allusion au changement climatique. Si le changement climatique se poursuit comme prévu, la composition des espèces d’arbres dans les forêts suisses va changer. Les parasites introduits, tels que le longicorne asiatique ou le flétrissement du chêne, posent aussi des problèmes. Le chercheur du WSL est convaincu que si des organismes invasifs continuent à se propager, la situation pourrait un jour s’aggraver de manière menaçante.

Des sapins de Douglas au lieu d’épicéas?

Ce rapport forestier alimente également les débats politiques avec des bases solides. Ainsi, l’encouragement de l’introduction en Suisse du sapin de Douglas suscite actuellement une vive controverse. Ce conifère, originaire d’Amérique du Nord, est résistant à la sécheresse et donc probablement mieux adapté aux conditions climatiques futures. Toutefois, un envahissement du sapin de Douglas pourrait mettre en danger la faune et la flore tributaires des arbres autochtones. Ce qui est utile dans la perspective de l’industrie du bois peut donc être écologiquement discutable.

Voulons-nous une forêt totalement suisse ou une forêt qui remplisse sa fonction aussi bien que possible? Ce n’est pas là une décision scientifique, mais politique, qui ferait appel à des valeurs, affirme Christoph Hegg. La science doit présenter des faits et des liens. «Mais le chercheur est aussi un citoyen qui a le droit d’avoir un avis personnel», reconnaît l’expert. Ce double rôle est un défi, car il faudrait présenter de façon clairement distincte les faits scientifiques et l’évaluation personnelle qui en est faite.

L’Eawag, Institut de Recherche de l’Eau du Domaine des EPF, a également fourni les bases d’une décision politique avec ses investigations sur les micropolluants dans les lacs et rivières suisses. Les cosmétiques, les hormones, les médicaments et les biocides que nous autres consommateurs éliminons avec les eaux usées, ne sont dégradés que pour moitié environ dans les stations d’épuration. Le reste parvient dans les cours d’eau et peut se retrouver dans l’eau potable. «Nous avons pu mettre en évidence des solutions à ce problème», affirme Adriano Joss, du département Génie mécanique et des procédés de l’Eawag.

Equiper les stations d’épuration

Les mêmes procédés que ceux utilisés dans le traitement de l’eau potable peuvent empêcher que les traces de composés organiques n’arrivent jusqu’aux stations d’épuration. «L’ozonation et le traitement par charbon actif en poudre sont réalisables et abordables», résume Adriano Joss. Les résultats des chercheurs de l’Eawag ont convaincu l’OFEV, les parlementaires et le Conseil fédéral: un équipement de stations d’épuration a été prévu dans la nouvelle loi de protection des eaux, entrée en vigueur en 2016. Près de 100 stations d’épuration en Suisse sur 700 recevront un niveau de net-toyage supplémentaire au cours des 20 prochaines années.

L’introduction de ce quatrième niveau de nettoyage offre aussi une chance pour la Suisse, site d’industries et de connaissances, ajoute Adriano Joss. Ce sont avant tout les sociétés d’ingénierie et de construction qui en profitent, car la mise à niveau requiert des investissements se chiffrant par milliards de dollars. Toutes les communes suisses versent neuf francs par habitant à un fonds qui couvrira à 75% les coûts de l’aménagement des stations d’épuration. En ce sens, la Suisse joue un rôle de pionnier, convient Adriano Joss, tandis qu’en Allemagne, par exemple, la modernisation des installations est très fortement contestée. Dans d’autres études, les chercheurs souhaitent recueillir encore plus de résultats afin d’optimiser le procédé d’élimination des micropolluants dans les eaux usées.

Machine pour produits individuels

La plupart des entreprises suisses sont des petites et moyennes entreprises. Le Domaine des EPF leur offre la possibilité d’étudier dans de grandes installations les nouveautés qu’elles ne pourraient pas s’offrir seules. Le mot magique est «méthodes de production avancées» («advanced manufacturing») en vue de maintenir et de consolider le site de production suisse. «À l’Empa, nous nous concentrons sur les nouvelles techniques de revêtement et l’impression 3D», indique Pierangelo Gröning, membre de la Direction de l’Empa. «Les entreprises suisses sont les leaders mondiaux en matière de revêtements.» Et pour que cela perdure, l’Empa a construit un centre de compétences avec des installations proches de la production.

«Ce qui fonctionne en laboratoire peut causer des problèmes à grande échelle», affirme le chercheur de l’Empa. «Cela nous a conduit à réduire l’écart entre le laboratoire et l’application.» La Suisse et l’Europe doivent afficher une longueur d’avance en technologie si elles veulent s’imposer contre le reste du monde en matière de production. «Cela nécessite une collaboration étroite entre les institutions de recherche, telles que l’Empa et l’industrie», déclare Pierangelo Gröning.

Les installations du nouveau centre de compétence doivent pouvoir enduire de petits échantillons et des objets réels, par ex. la culasse d’un moteur. Cela permet de vérifier si une nouvelle couche rend effectivement plus efficace le processus de combustion, comme on le souhaite. «Nous proposons le volet analytique grâce auquel on peut mieux comprendre les processus et faire encore progresser les revêtements», explique Pierangelo Gröning.

Avant même l’inauguration du nouveau centre de compétence en avril 2016, l’Empa a déjà des projets pour une phase de développement ultérieure. Le parc d’innovation sur la zone de l’aérodrome de Dübendorf pourrait être un centre pour la technologie d’impression 3D, financé par un «partenariat public-privé». Les imprimantes 3D permettent de produire des pièces uniques et conduisent ainsi à une individualisation du produit – «une technologie révolutionnaire», proclame l’expert. L’objectif de développement est une imprimante 3D autonome qui pourrait être exploitée à partir de n’importe quel endroit du monde, sans intervention sur place. «La Suisse est prédestinée à construire cette machine», déclare Pierangelo Gröning.

Nouveaux matériaux à la loupe

Si les entreprises veulent examiner en détail leurs produits au cours de la phase de développement, le PSI à Villigen est la bonne adresse. La Source de Lumière Synchrotron Suisse (SLS) constitue un super microscope. «Nous vendons du temps de rayonnement», explique Stefan Müller, coordinateur scientifique du PSI. Pendant quelques heures, les entreprises peuvent examiner leurs échantillons à la SLS sous des rayons extrêmement clairs et concentrés se situant dans la longueur d’onde des rayons x jusqu’aux ultraviolets.

«Nous avons ici une bien meilleure résolution et nous recevons des informations bien plus nombreuses et bien plus pertinentes que si les clichés étaient réalisés avec un appareil de radiographie standard», certifie Stefan Müller, également directeur général de SLS Techno Trans AG, qui conseille les entreprises intéressées. Parmi elles figurait en 2015 une société suisse désireuse de construire une imprimante 3D abordable. Avant que l’appareil ne soit prêt à être mis sur le marché, il faut pouvoir garantir qu’il imprimera des objets reproductibles, présentant certaines caractéristiques et satisfaisant aux exigences correspondantes.

«C’est une tâche idéale pour nous», dit Stefan Müller. «Avec la ligne de faisceaux de tomographie Tomcat, nous pouvons montrer comment les différentes couches sont construites et à quoi ressemblent les surfaces de contact.» L’examen des minuscules échantillons ne détruit rien, contrairement au test de déchirure usuel, qui fournit également beaucoup moins d’informations. «Avec nos commentaires, la société peut adapter et optimiser le contrôle du processus d’impression», explique Stefan Müller.

Près de 10% du temps de rayonnement total de la SLS est utilisé par l’industrie. Les sociétés pharmaceutiques en utilisent la principale partie pour étudier les protéines et les substances médicamenteuses. Les mesures réalisées à Villigen permettent de connaître les interactions entre protéines et principes actifs: une étape importante dans le développement de nouveaux médicaments. «Nous sommes déjà bien connus dans l’industrie pharmaceutique mondiale», témoigne Stefan Müller. Le but est désormais d’essayer d’acquérir de nouveaux clients, notamment dans le domaine de la recherche sur les matériaux. «Nous voulons ainsi attirer plus de petites et moyennes entreprises», affirme l’expert. «Le potentiel est loin d’être épuisé.»