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Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Sixième partie – Nouvelles approches dans la recherche

15. Énergies de demain : les enjeux pour la recherche

Pierre Papon

Texte intégral

1L’énergie est au centre des débats sur le développement de la planète, car elle est indispensable à toutes les activités économiques (agriculture, industrie, transports…). Or, si nombre de scénarios énergétiques prévoient sur la période 2000-2050 une croissance de 50 % de la demande mondiale d’énergie primaire*, essentiellement dans les pays émergents, la plupart des experts estiment que ce scénario n’est pas « soutenable ». En effet, le mix d’énergie primaire mondial est constitué, aujourd’hui, à 80 % par des énergies fossiles non renouvelables (pétrole, charbon, gaz naturel), dont l’utilisation croissante est un facteur majeur du réchauffement climatique. De nombreux pays, notamment ceux de l’Union européenne, et dans une certaine mesure les États-Unis et la Chine (ensemble ils consomment 40 % de l’énergie primaire mondiale), conviennent qu’une transition énergétique s’impose afin de diminuer les émissions de CO2 (les diviser par deux d’ici 2050) et donc la consommation d’énergies carbonées (cf. IV.16). Afin de limiter à 2°C l’augmentation de la température de l’atmosphère (entre le début de l’âge industriel et la fin du siècle), cette consommation devrait chuter à 63 % en 2035, selon un scénario de l’Agence internationale de l’Énergie. Le laboratoire EDDEN, à Grenoble, estime que cet objectif pourrait être atteint avec un mix énergétique* (cf. VI.16) mondial constitué en 2050 par 49 % d’énergies fossiles, 19 % de nucléaire, 19 % de biomasse et 13 % d’énergies renouvelables (hydrauliques, éolien et solaire).

Vers un mix diversifié

2L’énergie de demain, en France et dans le monde, sera probablement un mix diversifié, avec une part plus importante d’électricité (produite notamment par des sources « non carbonées ») et de la biomasse. La transition énergétique impose d’innover dans toutes les filières, c’est un défi pour la recherche, qui doit travailler avec plusieurs horizons en perspective. Elle doit d’abord réaliser des avancées à moyen terme (2020-2025), afin d’améliorer l’efficacité énergétique* des systèmes thermiques, les rendements des moteurs (un fonctionnement à haute température) et ceux des procédés biologiques et thermochimiques pour la production de biocarburants de deuxième génération (l’éthanol notamment) à partir de la biomasse ligno-cellulosique, de déchets agricoles et ménagers et d’algues (la troisième génération). S’agissant des énergies renouvelables, si l’éolien terrestre est « mature » (cf. V.21), ce n’est le cas ni des éoliennes offshore, ni des hydroliennes pour l’énergie marine. Quant aux filières nucléaires, la catastrophe de Fukushima impose d’amplifier les recherches sur la sûreté.

Fig. 1 – Photobioréacteur pour la recherche sur les algues. Centre IFREMER Nantes, © IFREMER - M. Gouillou

Fig. 2 – Four solaire de 1 000 kW du CNRS, à Odeillo. © CNRS Photothèque - P. Dumas

Verrous technologiques

3Il est nécessaire de faire sauter plusieurs « verrous » d’ici 2030-2035. Quatre d’entre eux concernent l’électricité, il faut ainsi : améliorer le stockage par des batteries, des piles à combustible et des supercondensateurs ; innover dans le solaire photovoltaïque avec des matériaux à haut rendement (notamment organiques) ; mettre au point les réacteurs nucléaires surgénérateurs au plutonium (dits « de quatrième génération ») ce qui impose de travailler sur le cycle du combustible ; développer les réseaux électriques « intelligents » (smart grids) pour assurer le transport et la distribution d’électricité produite à la fois par des grandes centrales et des centrales solaires ou éoliennes intermittentes (avec des lignes adaptées, des automatismes…). Le solaire à concentration (ou thermodynamique) a besoin de perfectionnements des miroirs et du stockage de la chaleur. Un cinquième verrou bloque l’exploitation de certains hydrocarbures et la séparation du CO2 (et son stockage) des centrales thermiques. Il s’agit de trouver des procédés non polluants, pour l’exploitation de pétrole et de gaz très profonds (en offshore ou de schistes), voire d’hydrates de méthane (méthane piégé dans une matrice de glace).

4Une stratégie de recherche pour faire sauter ces verrous est nécessairement pluridisciplinaire. Les questions de matériaux (les nanomatériaux, le graphène…) et de surface jouent un rôle-clé dans la compréhension des phénomènes aux interfaces de films ou de nanocristaux dans une cellule photovoltaïque, dans les batteries, ainsi qu’en catalyse. Un autre chantier est celui de l’utilisation des techniques du génie génétique et de la biologie synthétique (synthèse de génomes à partir de nucléotides), pour transformer des bactéries, des levures ou des micro-algues (figure 1), afin qu’elles produisent des enzymes*, dégradant la cellulose*, voire directement des carburants.

Changements de paradigme

5Une vision prospective de l’énergie (horizon 2050) doit aussi envisager des changements de paradigme* dans les concepts d’énergie et de masse, qui pourraient déboucher sur un nouveau nucléaire produisant moins de déchets. De même, il ne faut pas exclure des ruptures pour la fusion thermonucléaire (réacteur ITER*, lasers…), même si sa percée est encore hypothétique, ainsi que dans l’utilisation de l’énergie solaire pour la production de l’hydrogène par photolyse* de l’eau et la conversion de la biomasse par photosynthèse à haut rendement (figure 2). La mise au point de techniques permettant le fonctionnement en réseaux de systèmes de production décentralisés et centralisés d’énergie serait aussi une incontestable rupture.

6La transition énergétique est un processus de longue haleine, sur plusieurs décennies, qui supposent un changement des utilisations de l’énergie, des systèmes de production et des modes de vie et donc une meilleure connaissance des comportements sociaux, des conditions de vie et de travail, grâce aux recherches en sciences humaines et sociales (cf. IV.11). Les filières devront être rentables, alors qu’aujourd’hui, en Europe, les coûts moyens de production du kWh électrique par l’éolien offshore sont trois fois plus élevés que par les centrales thermiques et nucléaires et près de dix fois plus élevés par le solaire à concentration ; il en va de même pour les coûts de production des biocarburants, qu’il faut abaisser d’un facteur deux. Les progrès techniques doivent réduire ces écarts.

7Si l’on en croit l’économiste anglais John Maynard Keynes, « l’inévitable n’arrive jamais alors que l’inattendu arrive toujours ». L’inattendu surviendrait de la recherche très prospective qui pourrait changer la donne énergétique.

Bibliographie

Références bibliographiques

• R. MOSSERI et C. JEANDEL – L’énergie à découvert, CNRS Éditions, 2013.

• J.-M. CHEVALIER, M. DERDEVET et P. GEOFFRON – L’avenir énergétique : cartes sur table, Gallimard, Folio, 2012.

• C. NGÔ – Demain l’énergie, Dunod, 2009.

• P. PAPON – Énergie : la science peut-elle changer la donne ? Le Pommier, 2012.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Photobioréacteur pour la recherche sur les algues. Centre IFREMER Nantes, © IFREMER - M. Gouillou
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10856/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 195k
Légende Fig. 2 – Four solaire de 1 000 kW du CNRS, à Odeillo. © CNRS Photothèque - P. Dumas
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10856/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 57k

Auteur

Physicien, Professeur émérite à l’École supérieure de Physique et Chimie Industrielles de Paris, Président d’Honneur de l’Observatoire des Sciences et des Techniques, Paris.
pierre.papon@wanadoo.fr

© CNRS Éditions, 2013

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