Vous êtes ici : Accueil > Domaines de recherche > Energies, climat : les défis de la recherche

Dossier multimédia | Energies | Climat

Energies, climat : les défis de la recherche

Les énergies alternatives au CEA


​L’orientation stratégique structurante dans ce domaine est de permettre à la France de s’assurer une indépendance énergétique quasi-complète à l’horizon 2040-2050, grâce à des solutions énergétiques bas carbone (incluant l’énergie nucléaire).

Publié le 7 septembre 2013

A plus brève échéance, il s’agit d’atteindre en France 23 % de consommation finale d’énergie à partir de ressources renouvelables dès 2020.

Conformément aux engagements de la loi de programme sur l'énergie de 2005 et des lois de 2009 et 2010 prises pour la mise en œuvre des conclusions du Grenelle de l'environnement, le CEA, en tant qu’opérateur public de R&D, réalise les recherches et développe les technologies permettant de relever les deux défis qui sous-tendent le domaine des énergies bas carbone :

  • la sécurité de l’approvisionnement énergétique,
  • la préservation de l'environnement incluant la lutte contre le risque de changement climatique, par réduction drastique des émissions de gaz à effet de serre.

Ces défis s’inscrivent dans la perspective d’un développement durable autour d’un bouquet énergétique dans lequel la part de la consommation de combustibles fossiles sera progressivement fortement réduite :

  • en promouvant les technologies économes en énergie et en accroissant globalement la part des énergies renouvelables en substitution des énergies fossiles dans la production primaire d’énergie dans notre pays, dans une perspective d'accroissement de la part de l'énergie électrique dans la production d'énergie primaire,
  • en tirant le meilleur parti du potentiel nucléaire et de sa complémentarité avec les énergies renouvelables.



L'hydrogène est très abondant à la surface de notre planète
L’hydrogène est très abondant à la surface de notre planète. Pourtant il n’existe pas à l’état pur. © Digital Vision

Examen visuel d'une cellule photovoltaïque
Examen visuel d'une cellule photovoltaïque en bout de chaîne de fabrication. © L.Chamussy/Sipa-CEA

VidéoLes enjeux d’une production d’hydrogène "décarbonée"

Les nouvelles technologies pour l’énergie (NTE) et les études sur l’efficacité énergétique

Énergie solaire et bâtiment à faible consommation d’énergie

Plusieurs technologies existent pour capter et convertir l’énergie solaire (photovoltaïque, thermique et thermodynamique). Elles sont basées sur la captation de l’énergie des photons, particules énergétiques qui composent la lumière. Les technologies développées permettent de convertir leur énergie en chaleur ou en électricité. L’énergie solaire apparaît comme une solution possible aux problèmes posés par la raréfaction de certaines sources d’énergie, leur coût et impact sur l’environnement. Des recherches sont menées pour améliorer les différentes filières d’exploitation de l’énergie solaire, en particulier à l’Institut National de l’Energie Solaire (INES).

Actuellement, le secteur de l’habitat est responsable de près d'un quart des émissions de gaz à effet de serre (GES) en France. Face à cet enjeu, différentes réglementations ont été mises en place, pour limiter ces rejets et inciter à construire de manière plus efficace. Conformément à la demande des pouvoirs publics, le CEA est aujourd'hui fortement impliqué dans les domaines de l’énergie solaire et de son intégration dans les bâtiments et du stockage de l’énergie. C’est à ce titre qu’il mène des travaux sur l’implémentation d’une gestion efficace de l’énergie thermique et électrique des bâtiments. Ses recherches s'inscrivent dans le cadre de son programme pour les Nouvelles Technologies de l’Energie (NTE) principalement menées dans un institut dédié, le LITEN, et plus particulièrement par ses équipes présentes sur le site de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES).

Technologies pour le stockage de l’électricité (batteries) et nanomatériaux

L’objectif du CEA est de soutenir l’activité d’innovation de rupture à partir des nanotechnologies. Il s’agit notamment de démontrer l’usage des nanomatériaux pour dépasser les limites actuelles pour accroître l’énergie embarquée dans les batteries Li-ion ou encore pour diminuer la teneur en platine des piles à combustible.

Pour l’axe stockage de l’énergie, en particulier dans l’optique de l’électrification des véhicules, l’objectif du CEA est de contribuer à la mise en place d’une filière industrielle française de production et de recyclage de batteries, avec différentes plates-formes, déclinées sur 3 niveaux, afin de maîtriser l’ensemble de la filière technologique et de répondre à la demande industrielle :

  • niveau 1 : les plates-formes de R&D dédiées au stockage de l’énergie qui permettent de concevoir des matériaux innovants pour le stockage de l’énergie, de réaliser des batteries prototypes de tailles limitées et enfin d’effectuer des tests de durée de vie et de performances,
  • niveau 2 : la plate-forme STEEVE (Stockage Electrochimique pour les Véhicules Electriques) est une extension des moyens actuels pour répondre aux besoins de la plupart des PME/PMI souhaitant s’impliquer sur la filière des véhicules électriques.


Hydrogène et pile à combustible

Longtemps, les recherches du CEA et des autres organismes de recherche ou industriels impliqués ont tendu vers le développement de la voiture à hydrogène, équipée d’une pile à combustible (PAC). Les technologies de la voiture à hydrogène deviennent matures, mais nécessitent des infrastructures encore difficiles à mettre en place.

Surtout, l’intérêt de l’hydrogène comme carburant propre demeure contraint par ses modes de production, encore liés en grande majorité aux énergies fossiles.

La stratégie du CEA se concentre sur la pré-industrialisation de différentes briques technologiques, avec l’idée que chaque expérimentation permet une meilleure qualification des systèmes.

Deux grands domaines d’applications sont visés :

  • Avec la montée en puissance des énergies renouvelables, l’hydrogène apparaît comme un outil "tampon" adapté pour pallier l’intermittence de certaines sources d’énergie. Les technologies de production propre et de stockage d’hydrogène devenant de plus en plus matures, les premières expérimentations sont lancées.
  • Le CEA travaille au développement de la pile à combustible sur des marchés de niche, en particulier dans le secteur des transports. Au-delà d’un rôle de vitrine, ces marchés de niche permettent d’intégrer les technologies et de soutenir l’industrialisation sur de petites séries.

Objectif constant : renforcer l’intérêt économique de ce vecteur énergétique et, pour le CEA, être au meilleur niveau des technologies de l’hydrogène pour accompagner les industriels le moment venu.

Biocarburants de deuxième génération

La production de biocarburants de 2e 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.

Le CEA privilégie la filière BtL (« Biomass to Liquid ») qui, entre autres avantages, permet de produire du biodiesel de haute qualité, tant du point de vue du fonctionnement des moteurs que de leurs émissions de polluants.

Le CEA est engagé dans deux projets de R&D, Syndiese et BioTfuel, qui sont complémentaires en ce qu'ils expérimentent des technologies différentes.

  • Le démonstrateur pré-industriel Syndiese, à Bure-Saudron (Meuse, Haute-Marne). Le but du projet Syndiese est de démontrer la faisabilité technique et économique d’une chaîne complète de production de biocarburants de 2e génération, depuis la collecte de la biomasse jusqu’à la synthèse de carburant.
  • Le projet BioTfuel vise à mettre au point un procédé particulier permettant notamment d'utiliser des charges variables en biomasse et résidus pétroliers, et utilisant la technologie de préparation de la biomasse par torréfaction. Le CEA est partenaire de ce projet aux côtés de IFP Energies nouvelles, Total, Sofiprotéol, Axens et Uhde GmbH (filiale du groupe industriel allemand ThyssenKrupp).