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CONVENTION SFENNUCLÉAIRES ET RENOUVELABLES DANS LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE RECHERCHE ET INNOVATION Bernard BIGOT Administrateur Général du CEA Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Convention SFEN - Salle Wagram, Paris - 3 avril 2013

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LE CONTEXTE ÉNERGÉTIQUE MONDIALUne demande mondiale en énergie croissante Demande primaire mondiale d’énergie par type de combustible (New Policies Scenario) Autres renouvelables M p e t Biomasse et déchets Population Hydro mondiale (milliards) Nucléaire Gaz Charbon Pétrole World Energy Outlook 2011 De 7 milliards en 2011 à 9 milliards d’habitantsDes contraintes très fortes liées aux énergies fossiles en 2050 Les énergies fossiles représentent plus de 80 % de la consommation actuelle mondiale en énergie primaire Demande croissante en produits pétroliers et gaziers : + 25% entre 2002 et 2010, alors que les ressources les plus accessibles se raréfient et qu’il faut réduire les émissions de gaz à effet de serre Facture énergétique de la France multipliées par 3 entre 2005 et 2012 (en 2012, 68 G€, soit une somme équivalente à celle de notre déficit commercial) 3 avril 2013 | 2

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LE CONTEXTE ÉNERGÉTIQUE MONDIAL Situation actuelle Très importante augmentation des gaz à effet de serre depuis la révolution industrielle(milieu 19ème) Augmentation des emissions de CO2 de plus de 50% entre 1990 et 2012 (courbe historique =courbe rouge) Corrélée à une augmentation de la température de la surface de la Terre Prévisions d’évolution des émissions globales de CO 2 Prévisions d’évolution de la température au 21ème siècle Source LSCE -compilation de scénarios du GIEC 3 avril 2013 | 3

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POUR SE LIMITER AU +2°C EN 2100, IL FAUDRA UN EFFORT SANS PRÉCÉDENT Les tendances historiques (courbe rouge) tirent la planète vers des niveaux de températures de 4,2 à 5°C supérieurs en 2100 Le sentier historique est dans la partie la plus élevée des prévisions passées du GIEC (les premières datent de 1990) Le scénario bleu (RCP 3 PD) qui permettrait de ne pas dépasser une hausse de température de 1,5°C en 2100, nécessiterait une baisse de 3% des émissions de CO2 par an pendant 10 ans consécutifs et pour tous les pays (en particulier les plus forts émetteurs) Une telle diminution des émissions de CO2 de 3% par an n’a été observée en France qu’entre 1978 et 1988, lors de la mise en service des premiers réacteurs 3 avril 2013 | 4

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STRATÉGIE ET MIX ÉNERGÉTIQUE FRANÇAIS Décarboner le mix énergétique: un scénario possible pour la France Un impératif : réduire dés que possible notre consommation de produits fossiles (coût : 68 Milliards d’euros en 2012) au profit des énergies décarbonées Dans le cas de la France : énergies renouvelables et énergie nucléaireBénéfices: Forte amélioration de notre balance commerciale Forte réduction des impacts sanitaires, environnementaux et climatiques Prolongation des ressources naturelles pour les usages difficilementsubstituables 3 avril 2013 | 5

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STRATÉGIE ET MIX ÉNERGÉTIQUE FRANÇAIS Décarboner le mix énergétique: un scénario possible pour la France Répondre aux objectifs de 3x20 en 2020 et à ceux de la feuille de route européenne “Energie 2050” • Minimisation de la ------------------------------------------------------------------------------ dépendance aux  Renforcer l’efficacité énergétique importations • Compétitivité économique  Réduire les émissions de gaz à effet de serre globale  Augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique Développer les énergies renouvelables Efficacité/Sobriété énergétique en synergie avec l’énergie nucléaire Dans les procédés industriels  Energies renouvelables : électricité flexible, Dans le bâtiment chaleur, biocarburants Dans les transports  Energie nucléaire : base électrique … 3 avril 2013 | 6

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STRATÉGIE ET MIX ÉNERGÉTIQUE FRANÇAIS Préparer la transition vers un bouquet énergétique décarboné Contrôle de l’impact environnement al Climat Ressources en Fission Nucléaire: Gen IV matériaux stratégiques Etudes Fusion Energie Energie Efficacité / sobriété nucléaire technico- non consommée non consommée Green IT économiques 3 avril 2013 | 7

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L’ENERGIE NUCLÉAIREDeux ans après Fukushima, quelle place pour le nucléaire ? Le choix du nucléaire : une exigence absolue en matière de sûreté nucléaire et de transparence La sûreté nucléaire repose sur 2 piliers indissociables : Une conception très robuste de l’ensemble des installations nucléaires Une chaîne opérationnelle et décisionnelle garantissant l’absence de relâchement de radioactivité hors du site nucléaire en toutes circonstances Malgré l’accident de Fukushima, les atouts de l’énergie nucléaire restent pertinents: L’acceptation du risque Indépendance énergétique par la société, aussi Sécurité d’approvisionnement faible soit-il si les règles Compétitivité économique de sureté sont suivies, Très faible émission de gaz à effet de serre est un point clé 3 avril 2013 | 8

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE Enjeux des nouvelles générations de réacteurs nucléairesAmélioration de la sûreté des réacteursOptimisation de la ressource uranium naturelavec une valorisation optimale de l’uraniumextrait,Possibilité de consommer le plutonium produitpar le parc avec recyclage total des matièresénergétiques contenues dans les combustiblesusés des Réacteurs à Eau Légère (REL) ou desRéacteurs à Neutrons Rapides (RNR),Possibilité de réduction de l’inventaire desdéchets de très haute activité et à vie longue (unmillion d’années) par recyclage des actinidesmineurs dans le cadre de la loi du 28 juin 2006 surla gestion durable des déchets et matièresradioactives, 3 avril 2013 | 9

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE Les recherches menées au CEAUne gestion durable des matières et déchets radioactifs passe par un recyclagesystématique des matières (U et Pu) au sein de systèmes permettant d’en tirer lemeilleur parti (les réacteurs à neutrons rapides) Le programme de recherches du CEA porte en conséquence sur: Le développement de technologies innovantes pour le multirecyclage de l’uranium et du plutonium (retraitement des combustibles usés et fabrication de combustibles pour réacteurs à neutrons rapides) Le développement de technologies innovantes de réacteurs à neutrons rapides répondant aux critères assignés aux systèmes de 4 ème génération (sûreté, optimisation économique, opérabilité) L’exploration des conditions permettant, dans une seconde phase, à ces réacteurs, le recyclage d’actinides mineurs, et notamment de l’américium;  La transmutation des actinides mineurs n’est pleinement efficace que si elle conduit à leur fission ; en ce sens, les systèmes à neutrons rapides sont appropriés. 3 avril 2013 | 10

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE Séparation/transmutationLa transmutation est une opération complexe : qui nécessite la récupération des éléments d’intérêt séparation des actinides mineurs, qui met en œuvre leur recyclage en réacteur, diverses options étant envisageables ( homogène, hétérogène, strate dédiée).Les recherches menées au CEA ont permis de valider en laboratoire desprocédés de séparation et certains dispositifs de transmutation.Programme 2013-2023 : Les grandes orientations proposées Séparation : l’américium est le premier objectif Il est nécessaire de transposer à une échelle plus importante le procédé validé aulaboratoire Transmutation : on s’intéresse essentiellement sur cette période au mode hétérogènede transmutation de l’américium Il est nécessaire de développer la cible de transmutation 3 avril 2013 | 11

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE Le programme de recherche sur la 4ème génération de réacteurs : ASTRID Les réacteurs à neutrons rapides à l’étude sont: la filière RNR-Na (refroidis au sodium), la référence (REX significatif et perspectives de progrès) la filière RNR-G (refroidis au gaz), une option à long terme(des potentialités, mais nécessité de sauts technologiques importants;un premier réacteur expérimental en Europe (ALLEGRO)?) Le démonstrateur technologique RNR-Na: ASTRID puissance 600 Mwe, iso-générateur; à la fois un objectif de représentativité industrielle et des capacités de recherche et de démonstration d’options innovantes une sûreté accrue: cœur CFV, dispositifs d’évacuation de puissance résiduelle, système de conversion à gaz 3 avril 2013 | 12

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE Un déploiement progressifLes études de scénarios menées par le CEA amènent à considérer:qu’il convient de privilégier en France un déploiement très progressif de RNR,en synergie pendant de nombreuses années avec les réacteurs à neutronsthermiques (quelques unités à l’horizon 2040-2050, pour assurer la maîtrise del’inventaire Pu produit par recyclage, tout en préservant un coût compétitif)qu’un déploiement plus important de cette technologie pour tirer parti del’uranium appauvri disponible pourrait intervenir dans unedeuxième étape, une fois atteinte la pleine maturité des RNRLa flexibilité des réacteurs à neutrons rapides permet d’adapter leurdéploiement à diverses stratégies de croissance ou de décroissance de lapuissance nucléaire installée.Elle permettrait d’envisager la résorption de l’inventaire résiduel en matièressensibles à l’arrêt du parc. 3 avril 2013 | 13

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L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DE FUSION Un premier plasma à l’horizon 2020 3 avril 2013 | 14Intérieur de Tore Supra sans et avec plasma

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLESLe CEA s’est fortement investi dans les énergies renouvelables, en synergieavec ses métiers de base dans les domaines de l’efficacité d’usage et le stockage d’électricité, l’électronique et les technologies de l’information, les matériaux innovants, les biotechnologies, Dans les deux domaines les plus consommateurs en énergie fossile que sont l’habitat (à 44%) et les transports (à 32%): Solaire thermique, thermodynamique et photovoltaïque Stockage et gestion intelligente (pour les véhicules et l’habitat) Production d’hydrogène Biocarburants de 2nde et 3ème génération 3 avril 2013 | 15

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES L’énergie solaire – Les enjeux de la recherche ENJEUXSolaire Thermique En faire une ressource d’un futur Chauffage (eau, bâtiment) réseau de chaleur intelligent Climatisation intérieure Four solaire d’OdeilloSolaire thermodynamique Améliorer le rendement par augmen- Chaleur puis conversion tation de température et arriver à une production pilotéeen électricité Augmenter le rendement énergétique des cellules et la duréeSolaire Photovoltaïque de vie des équipements Enjeu : Conversion de l’énergie solaire directement en •augmenter le rendement en en Réduire les coûts de fabrication électricité travaillant sur les matériauxcoût les diminuant l’impact du et sur matière et se démarquer dans technologies innovantes l’offre par l’innovation Gérer les variations de la production énergétique (intermittence) 3 avril 2013 | 16

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES L’énergie solaire - Perspectives pour le photovoltaïquePlusieurs technologies : Silicium (monocristallin, polycristallin, hétérojonction) La technologie hétérojonction est considérée aujourd’hui dans le monde comme une des seules technologies permettant de combiner une réduction du prix et une augmentation du rendement de manière continue dans le temps Couches minces (Tellurure de Cadmium; Alliages de Cuivre, Indium, Souffre, Sélénium, Gallium, Germanium; …) Cellules photovoltaïques organiques Les cellules innovantes du futur Collection des charges nanofils Substrat silicium Nano-objets en silicium 3 avril 2013 | 17 développer les surfaces pour optimiser la captation de la lumière

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Un enjeu majeur : le stockage de l’électricitéLes systèmes de stockage peuvent être de plusieurs types Chimique : parc de batteries Couplage avec les réseaux intelligents Batteries électrochimiques Batterie redox Hydrogène : couplage avec une pile à combustible thermique La plateforme Myrte, installée près d’Ajaccio, qui réunit l’université de Corse/CNRS, Helion/Areva et le CEA. 3 avril 2013 | 18

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Stockage de l’électricité : des batteries pour les véhicules électriques Nano Si 350Nombre de kilomètres d’autonomie pour une batterie de 150 kg Autonomie du véhicule Li ion 2015 (300km) 300 (poids équivalent aux moteurs thermiques) 250 200 Li ion 2010 (150 km) 150 LiFePO4 nano 100 b o g s e a k 0 5 1 r t f i Véhicules électrique Véhicule utilitaire 1990 faible autonomie 50 m o b u n y a k e NiMH ( 70 km) r t f Hybride actuel Lead(30 km) NiCd ( 45 km) 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 années 3 avril 2013 | 19

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Application au bâtiment et à l’efficacité énergétiqueCouplage entre des moyens expérimentaux en conditions réelles ou simulées, desbâtiments démonstrateurs et une plateforme numérique multi échelle pour : Développer et fiabiliser les outils de conception et de gestion du bâtiment (bâti / composants / systèmes) Créer des méthodologies de diagnostic de performance énergétique alliant instrumentation et simulation Générer les moyens nécessaires à la garantie de résultats en prenant en compte l’impact du comportement des personnesEfficacité énergétique Isolation, conception de nouveaux composants Électronique & éclairage basse consommation Intelligence, capteurs… Réseaux domiciliaires Des consommation d’électricité stable ou en baisse sauf pour les usages Multimédia (audio-visuel, informatique) 3 avril 2013 | 20

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLESBiocarburants : contexte de consommation de pétrole en France 3 avril 2013 | 21

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LES ÉNERGIES RENOUVELABLES Biomasse : la chaîne des plates-formes impliquant le CEA 1 kW, kg 10 kW, kg 100 kW, kG 1 MW, tonnesEchelle « labo » Echelle « R&D » Echelle « démo » Echelle « pilote » Projet GAYA LFHT 700 kg/h  SNG Projet BioTfuel Torréfaction LFHT RFE 3t/h Pégase  GENEPI BxTL Usine Pilote Syndièse chaîne complète10 t/h  BTL RFE 50 kg/h Partenaires de Syndièse : Consortium projet : 3 avril 2013 | 22

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STRATÉGIE DU CEA Une approche globale des systèmes énergétiques DémonstrateursComposants «Cœur»La démarche d’innovation menée par le CEA à partir de la recherche fondamentale s’appuie sur des ruptures technologiques et va 3 avril 2013 | 23 jusqu’aux démonstrateurs

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LA POLITIQUE D’INNOVATION DU CEA  > 500 partenariats directs de R&D Un appui direct à plusieurs filières clés : avec l’industrie nanoélectronique, énergie, défense… et une capacité  468 M€ de recettes industrielles en 2011 d’action structurante au plan régional, national et  37% de la R&D privée sous-traitée en France européen Acteur Partenariats structurant industriels d’écosystèmes de l’innovation Investisseur Achats Créateur de haute L’intensité de R&D de start-ups technologie des fournisseurs du CEA est 4 x supérieure à la moyenne nationaleDispositif de valorisation intégré Maintien/création de 16 000 emplois,> 4 200 familles de brevets principalement d’innovation, par un volume d’achats> 150 start-ups créés de 2,4 Md €/an> 3 000 emplois créés sur le bassin Grenoblois 3 avril 2013 |24

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UN SOUTIEN ET UNE CAPACITÉ À FAIRE ÉMERGER DES FILIÈRES CLÉS (EXEMPLES)Nucléaire : production Energie solaire Micro-Nanoélectronique:d’électricité et cycle 335 entreprises partenaires d’INES STMicroelectronics, n° 7 mondial desR&D CEA  Areva et EdF premiers Ex. : succès à l’export: Livraison clé semi-conducteursacteurs mondiaux de la filière en en main d’une usine au Kazakhstan SOITEC leader mondial substrats SOIparts de marché Stockage de l’électricité pour le véhicule Calcul haute performance:Assainissement – Partenariat avec Renault pour les Tera 100; Bulldémantèlement: filière nationale batteries Création écosystème TERATECCEA, 1er client de la filière industrielle SymbioFCell, (technologie PAC issueFrançaise du CEA) partenaire de Siemens pour l’installation d’une usine en Isère Manufacturing -IngénierieBiocarburants de 2nde numérique Conception des TGIR: Start-up : Extende et M2M leaderet 3eme génération: Retour économique d’un facteur 4 mondiaux pour le contrôle nonProjet Syndièse pour les grandes infrastructures destructifFermentalg, issue du CEA, a créé une principalement en contrats industriels Création écosystème Digiteo-JV avec Sofiprotéol de haute technologie | PAGE 25 Nanoinnov 3 avril 2013 | 25

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LES CONDITIONS DE L’ ACCÉLÉRATION DE LA DYNAMIQUE D’INNOVATION TECHNOLOGIQUEA la demande du gouvernement, mise en place par le CEA et ses partenaires, de nouvelles plates-formes régionales de transfert technologique, qui seront implantées en région Aquitaine, Pays-de-la-Loire et Midi -Pyrénées.Les fondamentaux de ces plateformes s’appuient sur le développement par le CEA, en coopérationavec ses partenaires, et en interaction avec les entreprises régionales, des technologies génériques(comme la microélectronique, le manufacturing avancé, les logiciels, les matériaux avancés, lesnouvelles technologies de l’énergie) et de la propriété intellectuelle associée qui peut permettre d’enassurer la valorisation. L’objectif est de faire de l’innovation technologique le nouveau moteur de la croissance industrielle 3 avril 2013 | 26

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UN EXEMPLE D’INTÉGRATION DE PLUSIEURS TECHNOLOGIESGÉNÉRIQUES DANS LE DOMAINE DE L’ÉNERGIE : LE VÉHICULEÉLECTRIQUE 3 avril 2013 | 27

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CONCLUSION Le déploiement des énergies renouvelables et le scénario d’un nucléaire durable Déploiement énergies renouvelables 1970 1990 2010 2030 2050 2080Generation I Scénario nucléaire Generation II, allongement de la durée d’exploitation des centrales Déploiement Generation III TM Generation IV (ASTRID) Fusion (ITER) 3 avril 2013 | 28

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CONCLUSIONLe véritable défi national est bien la substitution des énergies fossiles, par des énergiesrenouvelables, sous réserve d’améliorer fortement leur compétitivité économique, etnucléaire, dont les fondamentaux restent toujours d’actualité (Pas de CO2, excellentecompétitivité du parc, haute performance de l’industrie nationale, R&D forte)Les enjeux économiques auxquels nous sommes confrontés nécessitent desdéveloppements scientifiques et technologiques dans le domaine des énergies nucléaireset des énergies renouvelables pour : Réduire les émissions de CO2 Contribuer à l’activité économique et à l’emploi Contenir les hausses du coût de production de l’énergie Limiter la pression sur les ressources  Tous ces objectifs nécessitent des progrès techniques d’ampleur et donc une R&D d’excellenceLes énergies nucléaire et renouvelables seront des composantes essentielles dans le mixénergétique national et mondial 3 avril 2013 | 29

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Merci de votre attention 3 avril 2013 | 30