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Innover pour demain

Energies renouvelables

Publié le 21 septembre 2015
​Depuis maintenant quelques années, un constat s’impose à nous : le monde de l’énergie a changé ! Pour la France, qui dépend encore à 50 % des énergies fossiles pour sa consommation primaire d’énergie, le Gouvernement a fait le choix d’entamer une transition qui renforce la part des énergies renouvelables, mais selon quel mix ? Actuellement à l’étude au sein des entités décisionnelles françaises, l’Assemblée nationale et le Sénat, le projet de loi relatif à la transition énergétique en France sera accompagné, sur le terrain, de changements importants en termes de gestion des énergies dans le pays. Solaire, biomasse, hydrogène, stockage de l'énergie… En plus d’être un acteur majeur et reconnu dans le secteur de l’énergie nucléaire, le CEA s’investit également dans le développement de technologies de pointe dans le domaine des énergies renouvelables.

​L’hydrogène,
une énergie propre pour l’avenir

L’hydrogène est un vecteur énergétique privilégié dans le contexte actuel, car il a un pouvoir énergétique élevé et sa combustion ne rejette que de l’eau. Cependant, il doit être produit car il n’existe pas à l’état naturel.
En alliant ses compétences en matériaux, en électrochimie et génie énergétique, le CEA est l’un des acteurs principaux de la filière au niveau mondial. Il est présent sur l’ensemble de la chaîne de la valeur, constituée par la production, le stockage et la pile à combustible qui convertit l’hydrogène en électricité.

Aujourd’hui, l’hydrogène industriel est surtout produit à partir de ressources fossiles. Afin de proposer une alternative durable, les équipes du CEA mènent des travaux sur la production d’hydrogène comme « vecteur énergétique », par électrolyse de l’eau avec de l’électricité provenant d’énergies renouvelables.
L’hydrogène est un gaz particulièrement volatile et peu dense. Il doit être stocké de manière compacte et sûre. Les chercheurs du CEA cherchent à améliorer les performances et le coût du stockage, soit sous forme gazeuse à haute pression (en collaboration avec le centre CEA du Ripault), soit sous forme solide via des poudres d’hydrures.

Enfin, pour convertir l’hydrogène en énergie électrique, les chercheurs développent différents types de piles à combustibles et travaillent à leur intégration dans les véhicules électriques (hybridés avec des batteries), comme groupes électrogènes (alimentation électrique hors réseau et cogénération domestique) ou dans les appareils nomades (téléphones mobiles, ordinateurs portables, etc.). L’hydrogène peut également être utilisé comme solution palliative à l’intermittence des énergies renouvelables, comme le propose la plate-forme MYRTE en Corse.

Stockage de l'hydrogène
​Les trois étapes du processus de stockage par le vecteur hydrogène sont : l'électrolyse de l'eau, le stockage de l'hydrogène produit et la pile à combustible.
  • Tout d'abord la production d'hydrogène lors des périodes creuses grâce à la décomposition de l'eau par électrolyse. L'apport d'électricité permet à  l'électrolyseur de décomposer l'eau en oxygène et hydrogène. (H20 ->  H2 + 1/2 02).
  • Ensuite l'hydrogène est stocké dans un réservoir sous forme gazeuse, liquide ou solide.
  • Il est enfin retransformé dans une pile à combustible. Selon la réaction inverse de l'électrolyse, l'hydrogène s'associe avec l'oxygène (les ions traversent une membrane tandis que les électrons circulent dans un circuit créant un courant électrique), la réaction ne rejette que de l’eau et de la chaleur.
© C.Beurtey/CEA




Biomasse et biocarburants :
de nouvelles technologies
pour le respect de l’environnement

En France, les transports représentent environ le tiers des émissions de CO2. Pour réduire cette production de gaz à effet de serre et limiter les importations d’énergie fossile, les chercheurs, notamment ceux du CEA, travaillent sur la fabrication de nouvelles générations de biocarburants.

A l’avenir, les biocarburants pourraient être produits directement dans des photo-bioréacteurs, compartiments où des micro-organismes photosynthétiques s’activeraient pour produire de l’huile à partir de nutriments comme le CO2 et la lumière. Cette huile serait ensuite transformée en carburants de type biodiesel ou biokérosène.
Les recherches sur les biocarburants de troisième génération sont menées par des équipes du CEA. Depuis plus de dix ans, les chercheurs sélectionnent les microalgues ou cyanobactéries (une bactérie capable de faire de la photosynthèse) les plus prometteuses et étudient leur métabolisme.

La compréhension des mécanismes biologiques est une étape déterminante pour domestiquer ces micro-organismes. Les biologistes cherchent à trouver le meilleur compromis pour que les micro-organismes sélectionnés produisent beaucoup et longtemps. Au niveau de la technologie, il faut passer du stade laboratoire à la production industrielle en optimisant la productivité des systèmes de production et en maîtrisant les coûts.



Quoi de neuf sous le Soleil ?

Source d’énergie quasi-inépuisable, le Soleil produit de la lumière et de la chaleur que les scientifiques souhaitent désormais exploiter comme source d’énergie renouvelable. Cependant, la récupération, le transport, le stockage et la transformation de cette énergie en électricité restent complexes.

Depuis les années 1980, le CEA, notamment par le biais de l’INES à Chambéry, développe des activités dans le domaine du solaire thermique pour les bâtiments et a orienté ses recherches vers l’énergie solaire photovoltaïque dont il est devenu un acteur majeur.

VidéoInstitut National des Energies Solaires (INES)


Dans le domaine du solaire photovoltaïque, on distingue actuellement, deux marchés naissants, mais en croissance très rapide :

  • les applications autonomes, où l’énergie est produite, stockée et utilisée en un lieu unique,
  • et l’application connectée au réseau, appelée souvent “toit photovoltaïque”.

Au niveau des applications dites « autonomes », les équipes du CEA travaillent sur la mise au point de batteries au plomb, dérivées des accumulateurs d’automobiles. L’objectif est d’augmenter la durée de vie de ces batteries, pour l’instant largement inférieure à celle des cellules photovoltaïques (respectivement de l’ordre de dix et trente ans). Les batteries au lithium constituent une solution alternative également évaluée, bien que présentant aujourd’hui des coûts supérieurs.
Au niveau de l’application dite « connectée au réseau », les chercheurs du CEA sont en train d’élaborer des modules à haut rendement intégrés dans les bâtiments. L’objectif est d’avoir dans un futur proche des toits, des façades de bâtiments et des maisons équipés de ces modules pour produire de l’électricité qui sera soit consommée sur place soit injectée dans le réseau. Le couplage entre solaire photovoltaïque et solaire thermique est également étudié pour développer des bâtiments 100% solaire (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, électricité).


Zoom sur
l’INES, Institut national de l'énergie solaire (Ines)

L'INES a été créé en 2006 à l'initiative des pouvoirs publics, pour promouvoir et développer en France l'utilisation de l'énergie solaire, et plus particulièrement au service de la maîtrise de l'énergie dans le bâtiment. Il est implanté au Bourget-du-lac sur le technopôle de Savoie Technolac, à proximité de Chambéry. La région Rhône-Alpes est un territoire privilégié avec un réseau particulièrement dense d'acteurs de référence dans ces domaines : industriels, chercheurs, collectivités locales et associations. Une équipe de plus de 200 chercheurs développe des solutions en partenariat industriel pour le solaire thermique et photovoltaïque.
Réservoir de stockage de 15 kg d'hydrogène de McPhy implanté sur la plateforme de tests du Liten
Réservoir de stockage de 15 kg d'hydrogène de McPhy implanté sur la plateforme de tests du Liten. © P.Avavian/CEA

Réservoir de stockage d'hydrogène
Réservoir de stockage d'hydrogène.
© P.Avavian/CEA
























Détection de composés organiques volatiles générés par des bactéries par réaction chimique colorimétrique
Détection de composés organiques volatiles générés par des bactéries par réaction chimique colorimétrique. © P. Avavian/CEA


Qu’est-ce que
la photosynthèse ?

La photosynthèse est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et à certaines bactéries de synthétiser de la matière organique en utilisant
la lumière du Soleil.


Solaire photovoltaïque à concentration : tracker CPV nouvelle génération complètement hors-sol
Solaire photovoltaïque à concentration sur la plateforme INCAS de l'Ines. © P.Avavian/CEA


Qu’est-ce que
le solaire photovoltaïque ?

Il s’agit de convertir l’énergie du Soleil directement en électricité. Cette conversion, appelée “effet photovoltaïque” a été découverte dès 1839 par Edmond Becquerel (1820-1891), mais ce n’est qu’en 1954 qu’apparut la première cellule photovoltaïque, ou photopile, à haut rendement (6 % ; les rendements actuels sont de l’ordre de 15 %).


Zone INCAS - Bâtiments expérimentaux instrumentés à l'Ines
Zone INCAS - Bâtiments expérimentaux instrumentés à l'Ines. © P.Avavian/CEA



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