Innover pour un mix énergétique décarboné

Les innovations dans les technologies des énergies

Pour atteindre la neutralité carbone en 2050, la France doit réduire sa consommation d’énergie de 40 %, grâce à des efforts conjugués de sobriété, d’efficacité énergétique, et d’électrification des usages. Elle doit aussi passer de 25 % d’électricité à plus de 60 % dans son mix énergétique, avec l’objectif qu’elle soit le plus bas carbone possible. Une triple ambition à laquelle le CEA contribue en s’appuyant sur une vision intégrée de l’énergie.

Car pour être au rendez-vous, il faut agir simultanément sur trois fronts. La production d’électricité, tout d’abord, en augmentant la part d’énergies renouvelables (solaire, éolien sur terre et en mer, biomasse, biogaz, hydraulique…) et en renforçant l’usage de l’énergie nucléaire (prolongation des réacteurs en activité, développement de nouveaux réacteurs nucléaires…). La flexibilité et le couplage des énergies, ensuite : pour mieux intégrer dans le système les énergies renouvelables, intermittentes par nature, il faut renforcer tous les moyens de stockage de l’électricité (barrages réversibles, batteries stationnaires, batteries de véhicules électriques, hydrogène, chaleur…) ; il faut aussi disposer d’une architecture de réseaux intelligents qui s’adaptent en permanence à la production et à la demande d’énergie. Enfin, pour éviter la dépendance aux matières premières indispensables à toutes les futures technologies, il faut développer l’économie circulaire des matières. Autant de domaines sur lesquels le CEA mène des recherches et développe des solutions technologiques.

Les innovations pour la sobriété énergétique

Réussir la transition énergétique implique de relever un enjeu majeur, à moyen comme à long terme : celui des ressources. Pour éviter de passer d’une dépendance aux énergies fossiles à une dépendance aux matériaux et terres rares, dont la France ne dispose pas, la sobriété s’impose.

Dans le nucléaire, pour économiser l’uranium naturel, notre pays a opté pour le mono-recyclage du plutonium et entend renouer, dès 2023, avec le mono-recyclage de l’uranium de retraitement. Des travaux sont par ailleurs en cours, avec l’aide du CEA, pour développer le multi-recyclage du plutonium dans les réacteurs à eau sous pression (REP) et des réacteurs EPR2. Ces trois procédés pourront faire économiser plus de 30 % d’uranium naturel. À plus long terme, l’objectif est de s’en passer totalement, en fermant le cycle du combustible dans les réacteurs à neutrons rapides (RNR) et en utilisant de l’uranium appauvri, que la France dispose en quantités suffisantes pour plusieurs centaines d’années. Le CEA explore toutes ces technologies en tenant compte de leur soutenabilité. Il met au point les procédés de traitement et de fabrication de ces nouveaux combustibles. Et il contribue aux études de scénarios qui permettent de calculer les flux de matière.

Les technologies de la transition énergétique vont, elles aussi, faire appel à une grande quantité de matières premières. Pour les batteries, citons le lithium, le nickel, le manganèse, ou encore le cobalt. Pour l’hydrogène : platinoïdes, nickel, et d’autres terres rares. Les moteurs électriques, eux, auront besoin d’aimants à base de terres rares, tandis que le solaire utilise du silicium et de l’argent. Afin d’économiser ces ressources critiques et régulièrement en tension, le CEA travaille à la fois sur leur diversification et leur substitution, sur des technologies plus frugales, sur des solutions d’économie circulaire et sur les usages. En novembre 2022, il a cofondé l’Observatoire français des ressources minérales pour les filières industrielles (Ofremi) qui réalisera une veille stratégique économique et technique des chaines mondiales d’approvisionnement et des besoins, afin de produire des analyses de risques.

Relier technologie et économie pour la sobriété énergétique

Atteindre la neutralité en carbone d’ici à 2050 nécessite de lever de nombreux verrous technologiques, sur lesquels travaille le CEA. Mais cela ne suffira pas. Pour réussir cet objectif, il faut aussi que les chemins empruntés soient économiquement soutenables, tant en termes de coût que d'accès aux ressources nécessaires. C’est pour éclairer ces trajectoires que l’Institut de technico-économie des systèmes énergétiques (I‑Tésé) du CEA mène des études avec une vision systémique s'appuyant sur les expertises du CEA. Ses travaux portent sur les technologies bas-carbone de production et de stockage d'énergie, les ressources nécessaires pour mettre en œuvre ces technologies, ainsi que sur la pertinence des cadres règlementaires et des modèles de marché. Depuis 2022, I‑Tésé a élargi son champ de recherche aux sciences humaines et sociales pour s'intéresser notamment aux évolutions de la demande et des modes de consommation de l'énergie.