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Slide 1: DOSSIER DE PRESSE Le CEA et les énergies alternatives Conférence de presse du 8 avril 2010 CONTACT PRESSE : CEA / Service Information-Media Stéphane LAVEISSIERE Tél. : 01 64 50 27 53 - stephane.laveissiere@cea.fr CEA Saclay / Siège Direction de la Communication Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex Tél. : (33) 01 64 50 20 11 Fax : (33) 01 64 50 28 92 www.cea.fr/presse
Slide 2: DOSSIER DE PRESSE Sommaire : Le CEA et les énergies alternatives 3 Introduction Un nouveau nom Une organisation adaptée 6 7 8 9 10 11 12 Les énergies alternatives : la stratégie du CEA Contexte en France : chiffres Energie et Climat 1- Des technologies articulées autour du vecteur électricité 2- Deux secteurs stratégiques : le bâtiment et les transports 3- Des recherches menées en partenariat avec l'industrie Budget et effectifs du programme NTE Encadré : le Grand emprunt national 13 14 15 16 L'énergie solaire photovoltaïque et son intégration au bâtiment Une stratégie de plates-formes dédiées Encadré : la plateforme RESTAURE Encadré : la plateforme INCAS Vers une augmentation des rendements 17 18 19 Batteries, piles à combustible et hydrogène Les batteries pour application transports Encadré : STEEVE, nouvelle plateforme de R&D Une volonté de transfert rapide vers l'industrie Encadré : le partenariat avec Renault-Nissan 20 Piles à combustible et hydrogène Encadré : des résultats récents sur l’électrolyse haute température 21 22 La valorisation de la biomasse : les biocarburants de 2ème génération Les avantages de la filière BtL (Biomass to Liquid) Le projet BioTfuel Le démonstrateur pré-industriel Syndiese, à Bure-Saudron 24 25 Annexe Présentation du CEA Images de couverture, de gauche à droite : - Enduction d’électrodes, pour fabrication de batteries lithium - © P.Grosjean/CEA - Analyse d’échantillons de biomasse lignocellulosique - © P.Avavian/CEA - Cellule photovoltaïque sortant d’un four de cuisson, plateforme Restaure - © P.Dumas/CEA Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse
Slide 3: DOSSIER DE PRESSE Introduction Un nouveau nom : Depuis le 10 mars, le CEA est officiellement devenu le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (inscrit dans la loi de finances rectificative pour 2010, parue au Journal officiel). Ce changement de nom avait été annoncé le 14 décembre 2009 par le Président de la République, à l'occasion de la présentation des priorités financées par l’Emprunt national. Le nouveau nom est une reconnaissance des travaux menés par le CEA depuis une dizaine d’années sur les énergies décarbonées et légitime son rôle d'opérateur de la recherche scientifique et technologique dans ce domaine. La conservation des trois lettres du sigle permet d’illustrer la pérennité des autres domaines de recherche du CEA, structurés progressivement autour des connaissances sur les propriétés de l’atome. L’attachement au sigle historique souligne aussi le lien entre recherche fondamentale et recherche technologique que l’organisme a toujours revendiqué. Par énergies alternatives, on entend les solutions alternatives aux combustibles fossiles, en particulier les énergies renouvelables. Dans le domaine du nucléaire, le CEA mène des recherches pour le soutien au parc électronucléaire actuel et pour le développement des systèmes du futur, et poursuit le démantèlement de ses installations historiques de recherche. Le CEA positionne sa recherche sur la production, la gestion et les utilisations d’une énergie électrique décarbonée. Dans le domaine des énergies renouvelables, le CEA travaille sur les composantes majeures suivantes : • La production d’électricité à partir d’énergie solaire : photovoltaïque et thermique à concentration • La gestion de l’électricité et de son intermittence par du stockage et des systèmes électriques intelligents permettant une meilleure adaptation de l’offre et de la demande électrique. Deux modes de stockage de l’électricité sont étudiés : o Le stockage électrochimique, o Le stockage chimique sous forme notamment d’hydrogène, et son utilisation dans la synthèse de biocarburants à partir de biomasse. • L’utilisation de l’électricité dans deux applications traditionnellement fortement émettrices de gaz à effet de serre : o Le bâtiment, en faisant porter les efforts sur la conception, l’intégration de l’énergie solaire, thermique et photovoltaïque, et sur une gestion optimisée de l’énergie o Les transports avec le développement de batteries et de piles à combustible pour les véhicules électriques et hybrides. Une organisation adaptée : Le changement de nom du CEA traduit la volonté des plus hautes instances de l’Etat de soutenir davantage l’essor des énergies renouvelables, dans un Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 3/27
Slide 4: DOSSIER DE PRESSE contexte mondial de forte demande énergétique, parfois d’incertitude géopolitique sur l’offre énergétique, et d’engagements politiques pour lutter contre le réchauffement climatique. Le choix fait dans les années 1960 et 1970 d’investir massivement dans l’énergie électronucléaire confère à la France un bilan énergétique assez favorable, avec une moindre dépendance aux ressources fossiles que beaucoup d’autres pays. Le recours au nucléaire permet également de rejeter très peu de gaz à effet de serre (GES) pour la production d’électricité. De nombreux besoins énergétiques restent satisfaits par les énergies fossiles surtout pétrole et gaz pour ce qui concerne la France -, certains étant même à moyen terme peu substituables. La volonté politique de soutenir les énergies renouvelables a été soulignée à plusieurs reprises : par les engagements pris après le Grenelle de l’environnement, par les choix de financement retenus dans le Grand emprunt national, par la décision d’investir à parts égales dans la recherche sur l’énergie nucléaire et dans celle sur les énergies renouvelables (en juin 2009, M. Sarkozy avait déclaré à l’INES : "Nous allons prendre dans les énergies renouvelables un virage aussi important que le général de Gaulle pour le M. Sarkozy à l’INES, en juin 2009. nucléaire dans les années 1960. Ce n'est pas © service photo Elysée – D.Noizet l'un ou l'autre. C'est l'un et l'autre"). Une organisation en lien avec l’ANCRE Créée en juillet 2009, l'Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l'Énergie (ANCRE) s'inscrit dans la volonté du gouvernement de renforcer l'efficacité de la recherche dans le domaine de l'énergie, en coordonnant davantage la programmation scientifique et technique de l’activité de R&D de ses membres et en favorisant les partenariats et les synergies entre les acteurs publics et privés du secteur. L’ANCRE comprend les trois membres fondateurs, CEA, CNRS et IFP, et l’ensemble des organismes de recherche en lien avec l’énergie. La présence de responsables des programmes du CEA dans certains des 9 Groupes programmatiques de l’ANCRE (5 dédiés aux sources d'énergie – Biomasses, Fossiles, Nucléaires, Solaires et géothermiques, Maritimes, hydrauliques et éoliennes –, 3 à la dimension « secteurs d’activité ou usages » – Transports, Bâtiments, Industries et agriculture, 1 groupe prospective) permet d’orienter au mieux les recherches du CEA, en lien avec les priorités nationales. Les recherches menées au CEA correspondent donc à ces enjeux stratégiques. Le nouveau nom s’inscrit en cohérence avec cette orientation stratégique. Cette évolution s’accompagne d’une adaptation de l’organisation du CEA. En accord avec les ministères de tutelle, l’Administrateur général du CEA, Bernard Bigot, a nommé Jean Therme directeur délégué aux énergies renouvelables auprès de lui (Jean Therme est également directeur de la recherche technologique du CEA). Le nouveau directeur délégué aux énergies renouvelables aura en particulier pour mission d'accompagner ou de représenter l'Administrateur général du CEA auprès des autorités gouvernementales, des partenaires académiques et Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 4/27
Slide 5: DOSSIER DE PRESSE industriels, pour tout sujet ayant trait aux nouvelles technologies pour l'énergie (NTE). Dans le même esprit, le CEA réorganise son programme transversal Nouvelles Technologies de l’Energie (NTE) pour mieux identifier les compétences déjà en place, coordonner les actions des différents pôles du CEA, et orienter les recherches menées vers les applications les plus pertinentes. Ce dossier présente donc la stratégie du CEA en matière d’énergies alternatives, leur articulation et les différents programmes de recherche mis en place. Il aborde les différents niveaux auxquels peut s’exprimer cette stratégie : analyse des enjeux, recherche technologique, soutien à l’industrie. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 5/27
Slide 6: DOSSIER DE PRESSE Les énergies alternatives : la stratégie du CEA La France tire aujourd'hui près de 50% de ses besoins énergétiques des ressources fossiles alors qu’en moyenne, à l’échelle du monde, les pays tirent 1 en moyenne plus de 80% de leur énergie de ce type de combustible . Cette situation particulière tient au soutien historique apporté à l’énergie électronucléaire, une majeure partie de l'électricité (78%) étant fournie par le parc de centrales nucléaires. La dépendance aux combustibles fossiles n'en demeure pas moins importante pour certains secteurs, comme le transport. Le recours aux énergies fossiles, en France et ailleurs, devrait selon toute vraisemblance faire l’objet de contraintes de plus en plus marquées dans les années à venir, contraintes d’ordre géopolitique et contraintes techniques : • • • • Demande mondiale en hydrocarbures en forte augmentation d’ici à 2030 (selon les projections de l’Agence internationale de l’énergie AIE) ; Incertitude croissante sur les prix des hydrocarbures, due à un contexte géopolitique parfois sensible ; Exigences de passage à des énergies « propres », sous l’impulsion des politiques nationales et internationales (UE) de lutte contre le réchauffement climatique ; Scénarii d’épuisement de certaines ressources fossiles à plus ou moins long terme, avec contraintes sur les techniques d’extraction des ressources et les prix afférant. En 2009, le gouvernement a donné une forte impulsion au développement des énergies alternatives, en substitution, lorsque cela est envisageable, aux énergies fossiles. Les politiques mises en œuvre visent à renforcer l’indépendance énergétique et à accroître la part des énergies « propres » dans le bilan énergétique. Pour répondre à cette demande de l’Etat, le CEA développe depuis une dizaine d’années un programme de recherche en faveur des Nouvelles technologies de l’énergie. Les objectifs du programme NTE se situent à trois niveaux différents : • 1- en s’appuyant sur le bilan énergétique de la France, il vise à proposer des solutions complémentaires, de production électrique à partir d’énergies renouvelables, de stockage et de gestion des réseaux, articulées autour de la production électronucléaire ; 2- il cible les usages qui font l’objet des contraintes les plus fortes : bâtiment et transports ; 3- il vise des solutions technologiques viables à échelle industrielle. • • 81% de l’énergie primaire dans le monde en 2006 constitué par pétrole + gaz + charbon (Mémento CEA sur l’énergie 2009). 1 Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 6/27
Slide 7: DOSSIER DE PRESSE CONTEXTE EN FRANCE : CHIFFRES ENERGIE ET CLIMAT (sources : « Repères » énergie MEEDDM / Mémento Energie CEA) - Enjeu énergétique : - Consommation annuelle de carburants fossiles de la France : 130 millions de tonnes équivalent pétrole (tep), dont : - 89 Mtep pétrole ; - 41 Mtep gaz. - Dépendance énergétique / ressources fossiles : 140 Mtep importées chaque année (charbon, gaz, pétrole). - Consommation d’énergie finale par secteur (hors « branche énergie ») en 2008 : - Résidentiel-tertiaire : 69 Mtep - Transports : 50 Mtep (presque exclusivement pétrole, soit près de 60% de la consommation totale de pétrole) - Industrie-sidérurgie : 36 Mtep - Agriculture : 5 Mtep (total énergétique : 160 Mtep) Transports : répartition de la consom m ation d'énergie Résidentiel-tertiaire : répartition de la consom m ation d'énergie 3% 2% 13% 1% 20% pétrole gaz électricité EnR 34% 32% charbon 0% pétrole gaz électricité EnR 95% (source : Mémento Energie CEA, 2009) En matière de dépendance énergétique aux combustibles fossiles, les secteurs des transports et du bâtiment apparaissent stratégiques pour la France. - Enjeu climatique : - Emissions de CO2 dans l’air, par secteur, en 2008 : - Transports routiers : 118 MtCO2 - Industrie manufacturière : 95 MtCO2 - Résidentiel-tertiaire : 89 MtCO2 (total avec Transform.énergie, agric., autres transp. : 380 MtCO2) Le Grenelle de l’environnement a rappelé l’objectif de diviser par 4 les émissions de GES d’ici 2050 (« facteur 4 ») en améliorant l’efficacité énergétique dans le bâtiment, en développant les transports peu émetteurs de GES, par un urbanisme plus efficace, et en développant une politique énergétique incitant à la réduction des consommations et du contenu carbone de la production. Le Conseil européen de mars 2007 a annoncé les objectifs climatiques dits « 3 x 20 » à l’horizon 2020, visant à : - porter à 20% la part des renouvelables dans les énergies consommées ; - améliorer de 20% l’efficacité énergétique ; - réduire de 20% les émissions de GES par rapport à 1990. Em issions de CO2 dans l'air, par secteur (source : MEEDDM 2009) Transf. énergie 2% 32% 16% Ind. manufacturière Résid./tertiaire 25% 2% 23% Autres transports Agric./sylviculture Transport routier Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 7/27
Slide 8: DOSSIER DE PRESSE 1- Des technologies articulées autour du vecteur électricité L'objectif gouvernemental est, dans le contexte du Grenelle de l'environnement, d'accroître globalement dans la production primaire la part des énergies renouvelables, tout en tirant le meilleur parti du potentiel nucléaire. La France présente la particularité de produire son énergie électrique presque sans gaz à effet de serre (GES) grâce à l'apport largement majoritaire du nucléaire (~ 78 %) et l'apport complémentaire de l'hydraulique et autres renouvelables (~ 12 %), les énergies fossiles (~ 10 %) n'intervenant essentiellement que pendant les périodes de pointe. En lien avec les progrès technologiques attendus sur les Nouvelles technologies de l’énergie, une gestion optimisée de l’énergie, autour du vecteur électricité, constitue une opportunité unique pour la France de proposer un modèle énergétique durable. L'enjeu est le couplage réussi de ces deux types d'énergies, dans une perspective d'accroissement de la part de l'énergie électrique dans la production primaire d'énergie. Adaptation de l’offre et de la demande énergétique Développer les technologies nucléaires du futur reste donc une des missions prioritaire du CEA. En complément, le programme NTE vise à développer des technologies pour réduire encore la dépendance vis-à-vis des énergies fossiles et les émissions de gaz à effet de serre associées. Ce modèle équilibré, nucléaire ET renouvelables, repose sur : • le développement du nucléaire de 4ème génération : la technologie des réacteurs dits « à neutrons rapides », privilégiée aujourd’hui pour le prototype de 2020, permettrait d’utiliser près de 60% du contenu énergétique de l’uranium (contre 0,6% actuellement) tout en consommant le plutonium et en réduisant les déchets ultimes. Le stock ème et de combustible usagé (uranium appauvri) issu des réacteurs de 2 ème 3 générations constituerait une réserve équivalente à un usage industriel de plusieurs milliers d’années. des technologies intermédiaires pour le stockage de l’électricité : La production électronucléaire dégage un surplus d’électricité lors des périodes de faible demande, et les énergies renouvelables de flux comme le solaire ou l’éolien produisent par intermittence. Un enjeu majeur de gestion intelligente réside dans le développement de solutions de stockage de l’électricité. Aujourd’hui, les progrès réalisés dans les batteries, en particulier pour l’automobile, peuvent permettre une utilisation pleine de cette électricité : par exemple recharge d’un parc de véhicules électriques la nuit, en période creuse. Le couplage énergétique entre un habitat producteur d’électricité (photovoltaïque par exemple) et un véhicule électrique est également un enjeu majeur de gestion intelligente d’une énergie intermittente. C’est la convergence habitat/transport. En parallèle, les progrès réalisés sur les technologies de l’hydrogène laissent envisager la possibilité d’une production massive d’hydrogène par électrolyse, à partir de l’électricité fournie par un réacteur nucléaire ou de celle issue de fermes solaires photovoltaïques, éoliennes, … L’hydrogène constitue ainsi en lui-même une solution de stockage de • Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 8/27
Slide 9: DOSSIER DE PRESSE l’énergie. Des résultats probants sur l’EHT (électrolyse haute température) ont été récemment réalisés au CEA, à partir de ses installations du Ripault et de Grenoble. • les recherches sur les « réseaux intelligents » (ou « smart grids »), utilisant la combinaison des différentes énergies et la connaissance des disponibilités et des besoins, pour permettre une production énergétique optimisée. Le CEA participe par exemple aux projets HOMES, Multisol, menés par Schneider Electric, sur les systèmes de distribution électrique et de contrôle des bâtiments pour optimiser la gestion des énergies. Adaptation de l’offre et de la demande énergétique 2- Deux secteurs prioritaires : le bâtiment et les transports La recherche sur les NTE au CEA, associée à la logique d'économie d'énergie au travers de l'innovation technologique dans les usages, concerne en priorité les deux grands secteurs consommateurs d’énergies fossiles en France que sont le bâtiment et le transport : • dépendant à plus de 50% des combustibles fossiles pour le bâtiment ; • dépendant à 95% du pétrole pour les transports ; • les deux secteurs étant à l'origine de plus de 50% des émissions de CO2 (voir aussi page 7). Les objectifs fixés par le gouvernement pour 2020, donc à très court terme, constituent un gros défi technologique : Bâtiment : • réduction de 20% de la consommation énergétique des bâtiments ; • réduction de 12% des émissions de GES pour l’habitat dans les 5 années à venir, avec l’objectif d’une réduction supérieure à 1/3 pour Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 9/27
Slide 10: DOSSIER DE PRESSE 2020. Transports : • réduction de 20% des émissions de GES d’ici à 2020. Le CEA a mis en place des programmes de recherche adaptés à ces enjeux, à chaque fois sur les technologies dans lesquelles son expérience passée le rend légitime : Bâtiments : • solaire photovoltaïque : développement de son expertise sur les technologies du silicium. Recherches allant du matériau au système complet, en passant par des innovations sur les modules et leur intégration dans le bâti → poursuite du développement de l’INES avec le projet INES 2. • Optimisation énergétique du bâtiment, de sa conception à sa gestion, en neuf comme en rénovation, avec l’intégration de l’énergie solaire thermique. Transports : • les véhicules électriques, avec le développement de batteries avancées, piles à combustible, hybridation, production d’hydrogène, dépollution, récupération d’énergie, efficacité énergétique…, grâce à l’expérience en électronique et nanotechnologies → partenariat avec Renault-Nissan, plateforme STEEVE. ème génération par voie thermochimique, grâce à • les biocarburants de 2 la connaissance acquise sur les problématiques haute température / haute pression → projets BioTfuel et Syndiese. 3- Des recherches menées en partenariat avec l’industrie : Les recherches sur les énergies alternatives se développent quasi systématiquement via des partenariats industriels : d’une part avec l’objectif d’accompagner ces industriels dans leur démarche d’innovation et de création d’emplois, d’autre part afin d’identifier les meilleures technologies, dans un domaine où il existe de fortes contraintes : • contraintes de coût ; • contraintes d'utilisation : il s'agit de proposer des solutions fiables, que l'utilisateur sera prêt à accepter en termes de prix et d’usage ; • contraintes de capacités industrielles : dans le transport et le bâtiment, les technologies doivent être susceptibles d'être largement diffusées. Seul le développement de technologies à une échelle pré-industrielle permet de confronter les solutions proposées à ces contraintes, et également de développer des marchés où elles peuvent être évaluées précisément sans risque financier trop important. Le CEA développe donc une stratégie de partenariats à tous les niveaux : • création de société lorsque cela permet d'abaisser le coût de développement d'une technologie → société Prollion pour les batteries lithium ; • création d'une filière technologique : signature d'un partenariat pour les batteries automobile avec Renault-Nissan ; • collaboration avec des industriels pour tester la maturité de certaines technologies sur des marchés de niche : partenariats multiples pour les technologies pile à combustible (PSA Peugeot-Citroën, constructeur Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 10/27
Slide 11: DOSSIER DE PRESSE • • naval RM, Hélion) ; partenariat avec un industriel pour adapter au plus près une technologie et son usage : projet HOMES avec Schneider Electric ; revenus de cession de licences sur la production de matériaux d’électrodes de batteries Li-ion avec la société Prayon. Budget et effectifs du programme NTE : Le budget du CEA dans le domaine des Energies alternatives connait une croissance annuelle de 30 à 40% depuis plusieurs années, pour atteindre en 2010 un montant de 156 millions € (dépenses en coût complet). Cette croissance est focalisée sur quelques thématiques parmi lesquelles : • l’énergie solaire dont le budget a été multiplié par 4 en trois ans dans le cadre du développement de l’Institut de l’Energie Solaire (INES) à Chambéry, et qui représente, en 2010, 40% de l’activité Energies alternatives, • plus récemment le véhicule électrique avec le développement de batteries dans le cadre du partenariat avec Renault-Nissan. Cette croissance est liée en particulier à une augmentation très importante des recettes externes qui ont été multipliées par 3 au cours de ces 3 dernières années et qui représentent plus de 60% du budget Energies alternatives. En augmentant significativement son implication sur les NTE, le CEA contribue à équilibrer, au niveau national, l’effort de recherche sur le nucléaire civil et celui sur les NTE, pour arriver à la parité souhaitée par le Président de la République. Ainsi depuis 2008, le CEA consacre un budget équivalent (en ème génération dépenses) pour les recherches sur le nucléaire du futur dit de 4 et celui sur les NTE. Ces deux budgets représentent au CEA pour 2010 respectivement 150 et 156 M€. S’agissant des effectifs, le programme NTE représente plus de 700 chercheurs, techniciens et ingénieurs, avec un effectif qui croît de 50 à 100 salariés par an. Une grande partie des effectifs est regroupée au sein de l’institut Liten (Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux), au CEA de Grenoble. Néanmoins, les recherches utilisent toutes les compétences des différents pôles du CEA ; l’objectif du programme NTE est précisément de coordonner ces compétences. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 11/27
Slide 12: DOSSIER DE PRESSE Le Grand emprunt national apporte des financements importants aux recherches sur les énergies alternatives Plusieurs volets du Grand emprunt national, annoncés par le Président de la République en décembre, vont soutenir la recherche sur les énergies alternatives. Le CEA présentera ses projets afin de bénéficier en partie de ces financements. Dans le volet « Filières industrielles et PME », 1 milliard € est consacré à l’automobile et aux transports terrestre et maritime. Le projet commun entre Renault-Nissan et le CEA pour la R&D sur les batteries électriques répond pleinement à cette priorité "véhicules du futur". La recherche sur les énergies alternatives profitera surtout de l’enveloppe financière inscrite au volet « Développement durable », d’un montant global de 5 milliards € : - Energies renouvelables et décarbonées : 2,5 Mds€ - Nucléaire de demain : 1 Md€ - Transports et urbanisme durables : 1 Md€ - Rénovation thermique des logements privés : 0,5 Md€ "1,5 milliard d’euros seront investis dans le soutien à des projets innovants de démonstrateurs et de plates-formes technologiques, associant acteurs publics et privés et faisant le lien entre la recherche amont et la pré-industrialisation" (discours de N. Sarkozy le 14 décembre 2009). Le projet de prototype industriel Syndiese de production de biocarburant de deuxième génération à Bure-Saudron, porté par le CEA, répondra notamment à cette priorité. Sur le plan structurel, cette enveloppe prévoit la mise en place de cinq à dix "instituts d'excellence", en cohérence avec les pôles de compétitivité. Avec l'emprunt national, le CEA souhaite consolider deux projets d'institut d'excellence : - le projet INES 2 à Chambéry, pour accélérer la maturité économique du secteur de l'énergie solaire ; - la mise en place, à Grenoble, d’un institut de recherche technologique spécialisé sur l'efficacité et le stockage de l'énergie : matériaux innovants pour le stockage de l’énergie, batteries prototypes, bancs de tests de durée de vie et de performances. Cet institut sera le pendant complémentaire de l'INES. Le nucléaire du futur bénéficiera également d’importants financements via le Grand ème génération (1 milliard € emprunt : développement d'un prototype de réacteur de 4 prévu), poursuite des recherches sur la gestion des déchets radioactifs, soutien financier au réacteur de recherche Jules Horowitz (RJH, en construction sur le centre CEA de Cadarache). Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 12/27
Slide 13: DOSSIER DE PRESSE L'énergie solaire photovoltaïque et son intégration au bâtiment Les recherches relatives à l’énergie solaire et à son intégration au bâtiment sont regroupées au sein de l’institut Liten, à Grenoble. Le CEA-Liten aborde les questions des nouvelles technologies de l’énergie pour le bâtiment en association avec l’Institut national de l’énergie solaire (INES) afin de développer toutes les facettes de l’énergie solaire. Créé en 2005 avec le soutien de la Région Rhône-Alpes et du Département de la Savoie, l’INES regroupe les principaux acteurs français de la recherche et de l’industrie de la filière énergétique solaire, sur les systèmes solaires photovoltaïques comme thermiques. Les équipes du CEA, via son institut Liten, représentent plus de 80% de l’effectif de l’INES. Sur le solaire photovoltaïque, l’INES développe de la recherche allant de la cellule jusqu’au système : • matériaux et composants (silicium pour cellules haut rendement, matériaux organiques) ; • modules ; • stockage électrochimique (batteries plomb, lithium) ; • optimisation énergétique des systèmes PV (modélisation, retour d’expérience, intégration au réseau, sécurité). Dans le domaine du solaire thermique, l’INES travaille sur des capteurs multifonctionnels (thermiques et PV), sur le stockage de la chaleur, la production de froid à partir d’énergie solaire, ainsi que sur les technologies de solaire à concentration pour la production d’électricité à l’échelle industrielle (CSP). Installation SOLERA, à l’INES : démonstrateur de froid solaire par absorption - © P.Avavian/CEA Les recherches du CEA s’organisent autour des installations de l’INES, où il pousse à la mise en place de plateformes technologiques visant à favoriser les transferts à l’industrie. Une stratégie de plates-formes dédiées Fin 2008, la France possédait un parc photovoltaïque installé de 175 MW, pour une part effective de 0,1% dans la production d’électricité (source : EDF). Cette part est petite, mais en très forte progression d’une année sur l’autre. Une politique très volontariste a été mise en place : • le Grenelle de l’environnement fixe un objectif de 5 400 MW installés en 2020 ; • des tarifs de rachat très avantageux ont été fixés réglementairement. Pour que l’énergie solaire photovoltaïque devienne réellement intéressante économiquement, on considère que le prix du watt photovoltaïque doit encore être divisé par deux à trois. L’objectif ultime est d’atteindre un coût inférieur à 1 Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 13/27
Slide 14: DOSSIER DE PRESSE euro/watt à l’échelle du module photovoltaïque, et de 2 euros/watt installé (prix d’investissement du système PV). Avec ses partenaires, le CEA développe une filière photovoltaïque silicium cristallin complète, c'est-à-dire du matériau au système photovoltaïque en passant par les lingots, le sciage ou encore la cellule et le module photovoltaïque. Au niveau des matériaux, le procédé PHOTOSIL basé sur le silicium métallurgique a permis d’obtenir des cellules solaires à partir de silicium métallurgique à plus de 16% de rendement, résultat qui le situe au meilleur niveau mondial. Pour pérenniser en France la filière industrielle sur le photovoltaïque silicium multi cristallin, la société PV-Alliance a été créée en novembre 2007 par PHOTOWATT, EDF-ENR et la filiale d’investissement du CEA. Une nouvelle plate-forme technologique d’étude des cellules Silicium, Restaure 2, a été installée à l’INES et a permis de réaliser rapidement deux transferts technologiques sur la ligne industrielle existante de PHOTOWATT. Ces transferts ont permis de gagner plus de 1% sur le rendement des cellules PV. Chassis de test de cellules photovoltaïques - © C.Dupont/CEA La plateforme Restaure Créée en 2004 au CEA-Liten à Grenoble, la plateforme Restaure a été transférée et améliorée sur le site de l’INES en 2008. Unique en Europe, elle offre une ligne complète d’équipements aux standards industriels permettant de réaliser des cellules solaires et d’instruments de caractérisation. L’ensemble est installé dans une salle 2 blanche de 800 m . Ces équipements sont à l’échelle 1, de façon à favoriser un transfert rapide des procédés développés vers l’industrie. Les objectifs de la plateforme sont les suivants : • Améliorer les procédés de fabrication des cellules ; • Réduire le coût de fabrication ; • Introduire de nouveaux concepts en exploitant les nanotechnologies. En parallèle, une technologie de cellules PV à haut rendement, dite à hétérojonction, réalisé sur une machine de technologie coréenne écran plat a récemment permis d’atteindre un rendement de 20%,. En plus de ces travaux 1 2 de recherches, une nouvelle société impliquant également le CSTB et le LNE a été créée sur le site de l’INES pour certifier les produits photovoltaïques et éviter ainsi aux industriels français de dépendre uniquement de centres de certification étrangers peu enclins à soutenir les industriels français. 1 2 Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. Laboratoire national de métrologie et d’essais. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 14/27
Slide 15: DOSSIER DE PRESSE Dans le cadre de l’extension d’INES avec la phase 2 du projet (INES 2), dont les infrastructures seront financées pour partie par les collectivités territoriales, la stratégie retenue pour favoriser l’innovation s’articule autour des trois axes suivants : • des matériaux innovants : pour dépasser les limites actuelles des cellules photovoltaïques et atteindre des rendements de 30% et plus, il s’avère nécessaire d’utiliser les nanotechnologies. Malgré un premier résultat probant, tout reste à faire pour amener cette technologie à une maturité suffisante pour être transférée à un industriel ; • des composants « cœurs » et les systèmes associés : la priorité vise à renforcer le partenariat avec les industriels français du photovoltaïque, notamment Photowatt et PV-Alliance, mais aussi avec des acteurs du bâtiment, des systèmes électriques (PV, recharge intelligente, avec notamment Schneider Electric,…), des batteries, du secteur automobile (Toyota, Renault, Aixam,…) des systèmes solaires thermiques (Clipsol, Giordano) ; • des plateformes technologiques et des démonstrateurs : en réponse directe aux recommandations du Grenelle de l’environnement, l’objectif majeur est de mettre en place, dans le cadre de l’INES, les plateformes « Grenelle » suivantes : o PROMOSOL : Productivité solaire PV ; o HELIOS : Performance des bâtiments, Métrologie ; o Stockage thermique ; o Solaire à concentration. Exemple pour le bâtiment : la plateforme INCAS La plate-forme INCAS (Instrumentation de Nouvelles Construction d’Architecture Solaire) est destinée à accueillir des maisons de démonstration et divers bancs d’essais pour le développement d'habitations à énergie positive et basse consommation. Il s'agit de modéliser et concevoir les maisons du futur en intégrant les différents composants et système solaire. Ces maisons serviront de banc d’essai pour tester des matériaux innovants, évaluer leur pouvoir isolant et leur comportement en situation réelle, hiver comme été. 4 maisons et bâtiments complets intégrant des composants et systèmes solaires sont prévus, pour illustrer différents types de constructions : parpaing, béton, bois, avec isolation intégrée ou extérieure… Ces maisons expérimentales seront équipées d'environ 300 capteurs de températures, d'humidité, de vitesse d'air, de luminosité, de pression, de débit... La présence de l'habitant, au centre du projet, sera simulée à l'aide de résistance électrique et de production de vapeur d'eau. Cet outil expérimental permettra de caractériser dans un environnement à l'échelle 1, les différentes technologies développées dans les laboratoires. Les deux premières maisons du programme sont achevées. Elles sont situées sur le site de l’INES, dans le cadre duquel la plateforme INCAS est développée. La plateforme INCAS, à l’INES - © CEA-INES Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 15/27
Slide 16: DOSSIER DE PRESSE Vers une augmentation des rendements Une des limites actuelles des technologies photovoltaïques reste la faible captation du spectre solaire, dont les modules utilisés actuellement ne captent qu’une partie limitée. Le CEA-Liten développe différentes technologies pour mettre au point des cellules « à très haut rendement », c’est-à-dire de 30% ou plus. A une échelle nanostructurée, un même matériau peut capter les différentes couleurs du spectre solaire, de l’infrarouge vers l’ultraviolet. L’une des technologies les plus prometteuses est basée sur des tapis de nanofils de silicium de différents diamètres, ordonnés spécifiquement dans une cellule photovoltaïque. D’un rendement encore faible (2% pour les nanofils), ce type de technologies comporte des marges de progrès considérables (en l’occurrence, les derniers résultats sont 15 fois plus élevés que le précédent record). Le développement de technologies PV à très haut rendement dans une perspective d’utilisation industrielle est l’objet du programme Solar Nano Crystal. Lancé sur cinq ans (2008-2012), le projet a pour objectif d’abaisser significativement le prix de revient de l’énergie photovoltaïque grâce à ces innovations de rupture, avec validation des procédés sur une unité pilote de démonstration appelée LabFab. Le projet prend appui sur le pôle de compétitivité Tenerrdis. Il est mené par l’entreprise PV Alliance qui réunit dans son actionnariat EDF Energies Nouvelles et Photowatt (40 % chacun) avec une participation du CEA à hauteur de 20 %. La présence de nombreux acteurs économiques, scientifiques et technologiques du secteur doit permettre l’utilisation optimale des résultats recueillis pour l’amélioration des procédés de production. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 16/27
Slide 17: DOSSIER DE PRESSE Les batteries, les piles à combustible et l'hydrogène Développement de la technologie lithium-ion : Le CEA-Liten dispose de plus de 15 ans d’expérience dans les technologies de batteries au lithium, notamment la filière lithium-ion, avec des compétences sur toute la filière : matériaux et nanomatériaux pour apporter des « chimies » innovantes, réalisation de batteries prototypes depuis la microélectronique jusqu’aux batteries transports, montage de packs batteries avec leurs organes de gestion optimisée (Battery Management System), monitoring pour tests de batteries automobile en conditions réelles. Dans le domaine des batteries, le CEA doit répondre à une demande globale de la part des industriels. Ces derniers lui demandent de maîtriser l’ensemble de la filière technologique : fabrication des nanomatériaux, des cellules, du pack batteries. Ils lui demandent également de prendre en charge le « battery management system », autre domaine dans lequel la miniaturisation et l’intégration des capteurs jouera un rôle essentiel. La technologie Lithium apporte un avantage majeur pour le CEA : elle s’adapte assez facilement à l’ensemble des enjeux liés au stockage de l’énergie : • nécessité de gérer le caractère intermittent de l’énergie solaire en couplant les panneaux solaires avec des batteries ; • capacité de stocker une forte quantité d’énergie dans les batteries pour le transport ; • pour les objets communicants, nécessité de microsources d’énergie de plus en plus performantes, pour des fonctions et applications plus nombreuses. Les batteries pour applications transport : L’électrification des véhicules constitue un axe essentiel du programme NTE du CEA. En matière de batteries automobile, plusieurs défis techniques se présentent : • baisse du coût, de l’ordre de 2 à 4 fois moins cher ; • augmentation de la durée de vie – plusieurs milliers d’heures de fonctionnement, avec cycles d’utilisation (charges/décharges) ; • autonomie : passer de 100-150 km à 250-300 km d’autonomie pour 100 kg de batteries ; • recyclage et économie des matières premières. • adaptation aux différents modes d’électrification : hybridation douce (systèmes de coupure du moteur à l’arrêt), hybridation complète (autonomie complète en mode électrique avec, selon les cas, possibilité de recharge sur le réseau), véhicule tout électrique. Tests sur une voiture électrique, au CEA Grenoble. © P.Avavian/CEA Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 17/27
Slide 18: DOSSIER DE PRESSE Le CEA a développé un savoir-faire sur toutes les thématiques liées à l’électrification du véhicule : stockage, générateur électrique, gestion de l’énergie, électronique de puissance. La technologie avancée par le CEA-Liten associe plusieurs innovations majeures : Pour le véhicule électrique : • Introduction du phosphate de fer à l’électrode positive pour réduire les coûts et garantir une meilleure sécurité. Ce nouveau composant chimique permet de remplacer les dérivés à base de cobalt à l’origine du coût élevé des batteries actuelles et de leur sensibilité thermique. Le remplacement du cobalt par le fer permet d’envisager le déploiement de cette technologie à grande échelle, pour l’automobile, Recherche et développement sur des électrodes à base de silicium nano-structuré pour remplacer le graphite. Ce nouveau matériau, permettra d’augmenter sensiblement l’autonomie des batteries sans conséquences sur le coût. En effet, le remplacement du graphite est indispensable pour atteindre des durées de vie élevées compatibles avec le cahier des charges automobile, Développement d’une électronique de gestion qui permet d’accroître la durée de vie des batteries et leur offre une seconde vie dans des applications moins contraignantes, comme par exemple le stockage des énergies intermittentes. • • Pour le véhicule hybride : • • Introduction d’un oxyde de titane à l’électrode négative en remplacement du graphite pour permettre des charges rapides complètes en moins de quelques minutes, Développement d’une technologie bipolaire permettant de réduire drastiquement la connectique et la résistance interne des batteries, frein majeur aux performances des systèmes à forte puissance. STEEVE, nouvelle plateforme de R&D Pour renforcer ses atouts, le CEA-Liten a mis en place une plate-forme technologique de réalisation de batteries en petites séries, depuis la synthèse des matériaux jusqu’au montage d’une batterie dans un véhicule. Baptisée STEEVE (Stockage d’Énergie Électrochimique pour Véhicules Électriques), cette plateforme vise à réunir les compétences et les moyens sur toutes les composantes du stockage électrochimique. Elle regroupe des partenaires (CEA, CNRS, EDF, INERIS) qui présentent une expertise et une capacité de recherche reconnue et travaillent déjà ensemble sur ces problématiques. Plusieurs sociétés ont déjà marqué leurs intérêts pour devenir des partenaires utilisateurs de la plate-forme. Il s’agit notamment de Renault, Michelin, SVE, La Poste, Siemens et Alstom. STEEVE bénéficie également d’une labellisation par les Pôles de compétitivité i-Trans et Tenerrdis. Cette plateforme, unique en Europe, est dotée de deux laboratoires de test de 400m² et permet de réaliser des batteries pour des applications de niche ou encore des opérations de démonstration. Elle aura une capacité voisine de 1000 kWh/mois soit une quantité de batteries suffisante pour équiper 50 véhicules électriques/mois. La plate-forme est composée de deux antennes : - L’une consacrée aux cellules et packs batteries, située à Grenoble, - L’autre consacrée aux tests, à la gestion et à l’optimisation des performances des batteries, la plate-forme Battery Management System, située à l’INES de Chambéry. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 18/27
Slide 19: DOSSIER DE PRESSE Une volonté de transfert rapide vers l’industrie Pour faciliter le passage du laboratoire vers l’industrie, le CEA a souhaité favoriser l'émergence d'un nouveau fabricant de batteries en France, qui permettra de valider certaines des technologies du CEA-Liten et de les exploiter à des fins commerciales. Ce nouvel acteur industriel - qui exploitera une partie des équipements de prototypage du CEA localisés à Grenoble – est la société Prollion, une start-up qui a vu le jour au cours du second semestre 2009. Elle a été créée par le CEALiten avec la société ALCEN, PME française spécialisée dans le domaine des hautes technologies. Prollion se consacre à la fabrication « à façon » de cellules électrochimiques de batteries Li-ion et de packs batteries intégrant un système de gestion. Ces batteries bénéficient de trois types d’innovations : matériaux performants, formats et système de gestion. Elles sont destinées notamment aux marchés de la mobilité électrique (voiture, scooter, vélo…), de la défense, du spatial lorsque les volumes exigés sont faibles, mais aussi à des marchés de niches comme les balises de localisation. Prollion travaille en priorité sur l’introduction de la technologie phosphate de fer (LiFePO4), dont la synthèse a fait l’objet d’un important transfert vers la société belge Prayon. Courant 2010, des batteries à charge rapide avec des électrodes en titanate seront également disponibles. Batteries électriques : un partenariat avec Renault-Nissan Le CEA a signé fin 2009 un partenariat avec l’Alliance Renault-Nissan et le Fonds Stratégique d’Investissement (F.S.I.) en vue de créer une co-entreprise qui développera et produira des batteries pour véhicules électriques. La co-entreprise entre Renault, Nissan, le CEA et le F.S.I. se concentrera sur la recherche avancée, l’industrialisation et le recyclage de batteries pour véhicules électriques. Ce projet répond à deux grands objectifs techniques incontournables dans la perspective du développement de la voiture électrique : - développer une nouvelle génération de batteries, qui offrira aux constructeurs une solution pour le stockage et la gestion de l'énergie, tout en incluant la question de la recyclabilité des batteries ; - réaliser des flottes de démonstration, puis passer rapidement à une échelle d'industrialisation et de fabrication au meilleur coût. La co-entreprise prévoit de produire des batteries à partir de mi-2012 sur le site de Flins, situé à 30 km de Paris. La capacité de production envisagée atteindrait 100 000 batteries par an. L’investissement de la première phase de ce projet est estimé à 600 millions d’euros. Les batteries produites par la co-entreprise pourront être vendues à tout constructeur automobile. L’Alliance Renault-Nissan utiliserait ses usines européennes de batteries situées en France, au Royaume-Uni et au Portugal pour équiper ses véhicules électriques produits en Europe. Renault a pour intention d’utiliser les batteries produites à Flins pour sa propre gamme de véhicules électriques, en particulier pour le futur véhicule électrique que le concept Zoé Z.E. préfigure et qui sera également produit à Flins. La co-entreprise développera des technologies afin de recycler les batteries sur site, ce qui participera au respect des principes du développement durable. A ce jour, le gouvernement français a pris plusieurs initiatives destinées à promouvoir la mobilité zéro-émission, parmi lesquels des appels d’offres publics et privés sur des achats groupés permettant de constituer un marché de flottes de 100 000 véhicules d’ici 2015, la confirmation d’un super-bonus de 5 000 euros pour l’achat d’un véhicule électrique jusqu’en 2012 et le développement d’infrastructures au travers d’un investissement de 900 millions d’euros, financé par les pouvoirs publics français. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 19/27
Slide 20: DOSSIER DE PRESSE Piles à combustible et hydrogène Le CEA a développé une technologie française de PEMFC (piles à membranes échangeuses de protons - PEMFC, pour Proton exchange membrane fuel cell), la technologie GENEPAC, en collaboration avec PSA. Cette technologie s’est révélée comme l’une des plus performantes au niveau mondial en termes de compacité massique et volumique et présente de nombreux avantages en termes d’industrialisation. Sa durée de vie approche les 3 000 heures en conditions automobiles. Le groupe PSA a poursuivi sa collaboration avec le CEA pour intégrer cette technologie au sein de véhicules prototypes (coupé 307 présenté en avril 2009) pour des applications industrielles après 2015. Au-delà des prototypes et afin de préparer le déploiement industriel de la pile à combustible dans l’automobile, le CEA a continué à étudier l’ensemble des mécanismes déterminant les performances, le vieillissement et les dégradations des piles ainsi que leur prix. Ces études conduisent à développer des technologies de rupture pour chaque composant des piles (réduction du taux de catalyseur platine, membranes, plaques bipolaires…) mais aussi à proposer des architectures d’ensemble innovantes. Cette démarche globale permet d’améliorer en continu les performances de la pile GENEPAC et de réduire son coût. Ce savoir-faire sur les piles à combustible permet aussi de répondre à des marchés de niche pionniers. Il s’agit des drones militaires, du matériel agricole, des bateaux de tourisme, des chariots élévateurs, des centrales de secours et des systèmes de climatisation. Ces travaux ont été conduits avec des partenariats industriels dans le cadre de contrats de collaboration et ont donné lieu à de fortes recettes industrielles. Avec moins de 1kg d’hydrogène au 100km, le démonstrateur Peugeot 307 CC FiSyPAC se situe au meilleur niveau mondial. Le CEA et PSA sont parvenus à quadrupler la durée de vie de la PAC et à accroître son rendement de près de 20% par rapport à 2006. © Peugeot Des résultats récents sur l’électrolyse haute température L’électrolyse consiste à décomposer l’eau en oxygène et hydrogène avec un courant électrique. Classiquement, l’électrolyse se fait à basse température (inférieure à 100° C) et reste un procédé coûteux par rapport aux modes de production d’hydrogène à base de combustibles fossiles. Il est aujourd’hui seulement mis en œuvre lorsqu’il s’agit de produire de l’hydrogène de grande pureté et lorsque l’électricité est disponible à faible coût. A plus grande échelle, on envisage plutôt d'électrolyser la vapeur d'eau à haute température : en substituant de l'énergie thermique à une partie de l'énergie électrique, on s'attend à gagner en rendement mais surtout à faire baisser les coûts de production. Les technologies à haute température (500 à 900° C) sont plus coûteuses de fabrication et plus sollicitées en fonctionnement. L'électrolyseur est constitué d'un empilement de cellules céramiques et d'interconnecteurs métalliques, qui doivent rester en contact électrique permanent malgré les déformations des pièces et les phénomènes de corrosion amplifiés par la haute température. Un électrolyseur est donc un concentré de technologies appelant de multiples compétences (électrochimie, matériaux, fluidique, thermique, …), mobilisées depuis 2005 dans le cadre du programme NTE. Le centre CEA du Ripault participe au projet de développement d'un Electrolyseur de vapeur d’eau à haute température (EVHT) et a mis en fonctionnement un premier système exploratoire d'une puissance de 1 kW. L’essai, effectué en octobre 2009, a passé le cap des 150 heures de fonctionnement à 850° en régime stabilisé, C 3 produisant 7,5 m d’H2 par jour. Cette première réalisation française a été permise par le développement spécifique de céramiques à haute température (emploi de cellules planaires, optimisation du collectage du courant et de l’étanchéité). Le « stack » réalisé, particulièrement compact (10 cellules électrochimiques seulement) laisse entrevoir la possibilité de développer des unités à haut rendement énergétique de production d’hydrogène, de l’ordre de 50 kW soit environ 33 kg d’H2 /jour. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 20/27
Slide 21: DOSSIER DE PRESSE La valorisation de la biomasse : les biocarburants de 2ème génération La production de biocarburants de 2ème génération est l’une des réponses privilégiées par la France et l’Union européenne aux défis énergétiques des transports à l’horizon 2020. L’UE vise notamment l’utilisation des biocarburants pour 10% des carburants consommés par les transports en 2020. Les avantages de la filière BtL (Biomass to Liquid) : La filière BtL présente plusieurs avantages : • comme pour toutes les filières « 2ème génération », elle utilise toutes les composantes des plantes (→ résidus forestiers, taillis…) ; • elle permet de produire du biodiesel de haute qualité, tant du point de vue du fonctionnement des moteurs (pas besoin d’adapter les moteurs ni le réseau de distribution) que de leurs émissions de polluants ; • avec un parc automobile équipé majoritairement au diesel (chiffre CCFA au 01/01/2009 : voitures + utilitaires = 37 millions dont 22M diesel), cette filière présente l’avantage d’une adaptation facile à la plupart des véhicules ; • selon les ratios mis en œuvre en production, la filière BtL permet par ailleurs de produire également du kérosène, pour les avions, ou du naphta, pour l’industrie pétrochimique. Pour les technologies biomasse, le CEA s’appuie sur des installations situées principalement à Grenoble, réorganisées au sein de l’Institut Liten avec la création d’un nouveau département Technologies biomasse et hydrogène. Différentes technologies sont testées à partir d’une série d’outils : générateurs de biogaz, dispositifs de traitement des gaz (comme l’installation PEGASE, ci-contre), dispositifs de suivi de la qualité des gaz. Les compétences acquises dans le nucléaire, en physique des réacteurs, expliquent l’intérêt porté par le CEA à ces technologies depuis plusieurs années. Les disciplines comme la thermodynamique, la thermohydraulique et la physico-chimie sont adaptées aux procédés haute pression et haute température mis en œuvre. L’installation PEGASE - © CEA/Artechnique Les chercheurs suivent deux directions parallèles : • lever les verrous technologiques persistants sur les étapes de production des biocarburants, et l’augmentation des rendements masse par l’apport d’énergie externe, notamment sous forme d’hydrogène ; • maîtriser l’intégration des différentes étapes technologiques pour de futurs procédés industriels. Ces deux axes permettent d’étudier différents critères sur l’ensemble d’une chaîne de production : rendements, matières valorisées, bilans CO2, coûts, etc. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 21/27
Slide 22: DOSSIER DE PRESSE Le CEA s’est engagé dans deux projets de recherche : BioTfuel et Syndiese. Ces deux projets sont complémentaires. BioTfuel est très fortement orienté sur la recherche et le développement des différents composants d’une chaîne de 1 production. Le projet Syndiese, à Bure-Saudron , s’appuie sur une logique d’intégration de procédés et de retours d’expériences économiques et industrielles, deux préalables au développement d’une filière française. Le projet BioTfuel : Le projet BioTfuel vise à développer les éléments d’une chaîne de conversion de biomasse lignocellulosique, additionnée d’une part variable de résidus pétroliers, pour la synthèse de biocarburants de deuxième génération (diesel ou kérosène). L’idée est de développer et de qualifier les différentes briques technologiques, comme l’étape de gazéification et celle de synthèse des gaz. Au CEA, ce projet est piloté par la DRT à Grenoble, à travers l’Institut Liten. Celui-ci aura en charge deux des trois plateformes de BioTfuel : torréfaction et gazéification. Il apporte ses compétences dans le développement de technologies spécifiques (torréfaction, production d'oxygène), l'expertise sur la corrosion des matériaux (liée aux impuretés de la biomasse), et le développement d'instrumentations spécifiques. Le CEA est partenaire de ce projet aux côtés de l’Institut français du pétrole (IFP), Total, Sofiprotéol (établissement financier de la filière française des huiles et protéines végétales, Prolea) et Uhde GmbH (filiale du groupe industriel allemand ThyssenKrupp). Le démonstrateur pré-industriel Syndiese, à Bure-Saudron : L'objectif du projet est de démontrer la faisabilité technique et économique d’une chaîne complète de production de biocarburants de seconde génération en France, depuis la collecte de la biomasse jusqu’à la synthèse de carburant. Le calendrier prévoit après une phase d’étude en 2010, la construction de ème l’installation à partir du 2 trimestre 2011, pour une étape de démonstration de 2013 à 2014 et une exploitation à partir de 2015. Il s’agit de produire du biocarburant (biodiesel, puis biokérosène) en quantité très significative (objectif : 23 000 t./an) et ainsi de définir un modèle d’usine en vue d’un déploiement industriel en France, c’est-à-dire plusieurs unités de production, à l’horizon 2015. Le démonstrateur sera représentatif d’une échelle industrielle, en l’occurrence échelle 1/10ème. Le démonstrateur sera fortement instrumenté pour modéliser le procédé et en identifier les limites. L’originalité du projet de Bure-Saudron est de mettre au point un procédé d’apport d’hydrogène en cours de production pour améliorer le rendement de l’installation ; le rendement est en effet aujourd’hui la principale limite de la voie BtL, très prometteuse par ailleurs. 1 Le choix d’implanter cette unité pilote sur le site de Bure-Saudron concrétise les engagements pris en 2006 par les acteurs de la filière nucléaire, d’accompagner le développement économique des territoires qui accueillent le laboratoire de recherche sur le stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde – Cf. loi du 28 juin 2006 relative à la gestion des déchets radioactifs. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 22/27
Slide 23: DOSSIER DE PRESSE A ce titre, le projet illustre une solution de stockage intelligent de l’énergie : • gestion de l’approvisionnement en biomasse à une échelle régionale, • complémentarités énergétiques : chaleur nécessaire pour la gazéification issue d’un réacteur nucléaire, électricité fournie en période creuse utilisée pour produire de l’hydrogène (électrolyse). La maîtrise d’œuvre en est confiée à la société CNIM et à ses partenaires, notamment les sociétés Choren et Air Liquide-Lurgi, principaux apporteurs de procédés. Le projet Syndiese dépasse l’enjeu technologique d’intégration de procédés. Un critère essentiel de réussite réside dans la définition d’une filière industrielle, à l’échelle régionale. Au CEA, les travaux sur l’amont et l’aval d’une filière BtL sont menés notamment par l’Institut de TechnicoEconomie des Systèmes Energétiques (CEA I-tésé, à Saclay). La région de Bure-Saudron dispose de ressources forestières importantes, que les acteurs locaux sont prêts à valoriser davantage avec ce projet. S’agissant des industriels, plusieurs grands groupes – énergéticiens, motoristes, transporteurs, et constructeurs des technologies BtL – ont déjà fait part de leur intérêt pour une participation au projet. Vue d’artiste de l’installation Syndiese © CNIM Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 23/27
Slide 24: DOSSIER DE PRESSE ANNEXES Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 24/27
Slide 25: DOSSIER DE PRESSE Le CEA, un acteur clef de la recherche technologique Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives intervient dans quatre grands domaines : les énergies décarbonées, la défense et la sécurité globale, les technologies pour l’information, et les technologies pour la santé. Pour être au plus haut niveau de la recherche, le CEA compte plusieurs atouts : une culture croisée ingénieurs-chercheurs, propice aux synergies entre recherche fondamentale et innovation technologique ; des installations exceptionnelles (supercalculateur, réacteurs de recherches, grands instruments de la physique, lasers de puissance…) ; enfin, une forte implication dans le tissu industriel et économique. Le CEA est implanté sur 10 centres répartis dans toute la France. Il développe de nombreux partenariats avec les autres organismes de recherche, les collectivités locales et les universités. A ce titre, le CEA est partie prenante de la mise en place d’alliances nationales coordonnant la recherche française dans les domaines de l'énergie (ANCRE), des sciences de la vie et de la santé (AVIESAN), des sciences et technologies du numérique (ALLISTENE) et des sciences de l'environnement (AllEnvi). Par ailleurs, une importance particulière est portée à l’enseignement et à l’information du public, afin de favoriser le transfert des connaissances et le débat sciences / société. Reconnu comme un expert dans ses domaines de compétences, le CEA est pleinement inséré dans l’espace européen de la recherche et exerce une présence croissante au niveau international. Une variété de programmes articulés autour de quatre grands axes : Les énergies décarbonées : La satisfaction des besoins en énergie constitue un enjeu international majeur : disposer de formes d’énergie compétitives, sûres et propres, en particulier non émettrices de gaz à effet de serre, tel est l’objectif que poursuit le CEA à travers ses recherches et développements sur les énergies décarbonées. En appui aux industriels, le CEA cherche à optimiser le parc actuel des réacteurs nucléaires et à mettre au point des solutions techniques pour la gestion des déchets radioactifs. A ce titre, il construit à Cadarache un nouveau réacteur d’irradiation, le réacteur Jules Horowitz (RJH). Vue du réacteur de recherche Jules Horowitz (RJH). Prévu pour 2014, le RJH permettra Il participe aux programmes de recherches internationaux sur les d’améliorer les matériaux et les combustibles réacteurs et combustibles nucléaires du futur qui assureront une des différentes filières de réacteurs, et de production à la fois plus économique, plus sûre et générant moins de produire des radioéléments pour la médecine. déchets. Le CEA a ainsi été mandaté par le Gouvernement pour ème génération, construire, à l’horizon 2020, un prototype de réacteur rapide de 4 ce qui constitue un défi très ambitieux vers un nucléaire durable et encore plus sûr. Le CEA conduit aussi des programmes sur l’impact sanitaire et Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 25/27
Slide 26: DOSSIER DE PRESSE environnemental de l’énergie nucléaire. Les recherches du CEA soutiennent également l’essor des nouvelles technologies pour l’énergie : hydrogène, énergie solaire (photovoltaïque) et bâtiment à faible consommation d’énergie, technologies pour le stockage de l’énergie et nanomatériaux, biocarburants de deuxième et troisième génération... La fusion thermonucléaire, dont la maîtrise pourrait permettre dans l’avenir de disposer d’une source quasi infinie d’énergie, est également au cœur de ses recherches. Le CEA est ainsi fortement impliqué dans le projet international du réacteur expérimental ITER. En amont des recherches et développements sur les énergies, il conduit différents programmes dans les domaines des matériaux, de la chimie et des interactions rayonnement-matière. Les technologies pour l’information, les technologies pour la santé : Intervenant en appui de la politique nationale d’innovation industrielle, le CEA dispose d’une recherche technologique de haut niveau dans le domaine des micro et nanotechnologies. Les applications industrielles de ces recherches concernent notamment les télécommunications et les objets communicants. Il exerce également ses compétences dans les domaines de la robotique, de la réalité virtuelle et des technologies logicielles : systèmes embarqués et interactifs, capteurs et traitement du signal. Salle d'analyse au Service Frédéric Joliot (CEA-SHFJ) Grâce aux compétences qu'il a développées dans les biotechnologies et les technologies nucléaires pour la santé (marquage biomoléculaire, imagerie médicale), le CEA est également un acteur de la recherche médicale. Il s’appuie notamment sur des grandes plates-formes - NeuroSpin pour l’imagerie cérébrale à très haut champ et MirCen pour l’imagerie clinique -, et sur les centres nationaux de séquençage (Génoscope) et de génotypage (CNG) rassemblés dans l’Institut de génomique d’Evry. Ces programmes appliqués s’appuient sur des recherches de base en nanophysique et ingénierie moléculaire, sciences des matériaux et cryotechnologies. hospitalier Au service de la Défense et de la sécurité globale : Le maintien sur le long terme de la capacité de dissuasion française est un enjeu majeur où le CEA a une responsabilité essentielle. Ses missions couvrent toutes les étapes de la vie des têtes nucléaires qui équipent les avions et les sous-marins lanceurs d'engins. A la suite de l’arrêt des essais nucléaires, le CEA a mis en œuvre le programme Simulation, qui s’appuie sur d’importants moyens expérimentaux et de calcul (Airix, Laser Mégajoule, Supercalculateur Tera). En 2010, l’intégration au CEA du Centre d’études de Gramat (Lot) permet de renforcer l’expertise en matière de détonique et d’électromagnétisme. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 26/27
Slide 27: DOSSIER DE PRESSE Le CEA est également responsable de la conception et de la maintenance des réacteurs de propulsion nucléaire (sous-marins, porte-avions). Depuis les événements du 11 septembre 2001, le CEA a renforcé ses moyens d’évaluation et de prévention face aux menaces nucléaires radiologiques, biologiques et chimiques. Enfin, il intervient dans les instances nationales et internationales, où il contribue à la surveillance du respect des traités internationaux tels que le Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (TICE). Mur d'images pour visualiser les calculs réalisés sur le supercalculateur Tera (programme Simulation) LE CEA EN QUELQUES CHIFFRES (fin 2009) : Effectifs : 15 718 salariés. Budget : 4 milliards d’euros : - 2,4 milliards d’euros pour les programmes civils ; - 1,6 milliards d’euros pour les programmes défense. Le financement des programmes civils du CEA est assuré à 44 % par l’Etat, à 34 % par des recettes externes (entreprises partenaires, fonds incitatifs nationaux, collectivités locales et Union européenne) et enfin à 21 % grâce à deux fonds dédiés à l’assainissement des installations civiles et de défense. Le financement des programmes de défense est principalement assuré par des subventions versées par le ministère de la Défense (91%). Le CEA c’est également : - Près de 580 brevets prioritaires déposés en 2009 ; - 120 entreprises créées depuis 1984 dans le secteur des technologies innovantes ; - 51 Unités mixtes de recherche (UMR) lient le CEA à ses partenaires de recherche ; - 25 Laboratoires de recherche correspondants (LRC) auxquels le CEA participe. Dossier de presse : Le CEA et les énergies alternatives, 08/04/2010. CEA Saclay / Siège - Direction de la Communication - Service Information-Média 91191 Gif-sur-Yvette Cedex | Tél. : (33) 01 64 50 20 11 - Fax : (33) 01 64 50 28 92 | www.cea.fr/presse 27/27