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Vers une transition énergétique: des ruptures scientifiques et techniques sont-elles possibles?. Pierre Papon, Poitiers Ecole Doctorale 20 mai 2014. Plan.

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Vers une transition énergétique: des ruptures scientifiques et techniques sont-elles possibles?

Pierre Papon,

Poitiers Ecole Doctorale

20 mai 2014


Plan scientifiques et techniques sont-elles possibles?

I) Introduction : l’énergie un enjeu  « historique »

II) Où en sommes nous?

III) Les contraintes fortes de la transition : scénarios

IV) Des ruptures sont-elles possibles?

V) Conclusion : des enjeux nécessitant des choix


L’énergie est devenue, en France, un problème politique depuis un siècle…

- Guerre de 1914 : craintes sur les approvisionnements, l’énergie devient un problème politique

- Création de la CFP (ancêtre de Total) en 1924, du CEA, d’EDF, des charbonnages de France en 1945-46

- 1973 : programme nucléaire

- 2014: des nouvelles contraintes mondiales


Monde (2012) : 12,5 milliards de tep (12,5 Gtep) depuis un siècle…

Où en sommes nous?

La consommation d’énergie primaire

- Pétrole : 32%

- Charbon: 27%

- Gaz : 21%

- Biomasse (bois) : 10%

- Nucléaire: 6%

- Hydroélectricité :3%

Σ = 80% de fossiles


Quelle depuis un siècle…énergie finale en France: 156 Mtep

Produits pétroliers :

42%

Électricité 24 % nucléaire + hydraulique + thermique + éolien

Charbon+ Bois, biomasse11 %

Gaz naturel : 23%


Où cette depuis un siècle…énergie est-elle consommée ?

Transport : 32%

Industrie : 25% (agri = 2%)

Bâtiment : 43%


Les contraintes : le depuis un siècle…défi climatique

Débat mondial: Copenhague, Durban, Doha, Varsovie, Paris…

La consommation de combustibles fossiles envoie du CO2 dans l’atmosphère ► Risque d’un réchauffement climatique: 2 à 6°C


: depuis un siècle…80 ans

I

Une limite majeure : la disponibilité des ressources

Dimension géopolitique (cf. Ukraine)


L exploitation massive d nergies carbon es n est pas durable
L’exploitation massive d’énergies carbonées n’est pas durable

Réchauffement climatique + épuisement des réserves


2000 pas durable

2035

10 Gtep

80% Fossiles

15 Gtep, 63% Fossiles

Scénario AIE : réchauffement limité à +2°C (Copenhague)

Une « rupture »: transition moins d’énergie carbonée


De fortes contraintes sur les fili pas durableères

Diminuer la part du charbon, augmenter celle des énergies renouvelables et du nucléaire, des biocarburants et de l’hydraulique là où l’on peut


Transition énergétique en France: débat 2013 pas durable

France énergie primaire - 20% en 2030 ? Nucléaire à 50% en 2025 puis en 2050: division par 2 consommation?

France 3 scénarios de l’ANCRE (2050) : baisse de 27% à 41 % énergie finale

Forte progression de la part des énergies renouvelables (solaire, éolien, biomasse) dans la production de l’électricité: 40 à 50% total selon scénarios en 2050 (15% en 2013)

Fort accroissement de l’électricité dans un scénario : 45% de mobilité électrique en 2050?


Les chantiers clés de l’énergie du futur pas durable

Des développements scientifiques, techniques et industriels sont nécessaires ► faire sauter des « verrous » ► préparer l’avenir (au-delà 2030)

Nouveaux carburants et nouveaux moteurs: biocarburants, hydrogène, hybrides, thermiques améliorés

Energies Renouvelables : solaire, éolien (au point?)

Produire de l’électricité avec le nucléaire: fission, fusion

Stockage, distribution et gestion de l’électricité

Séparation et stockage sous-terrain du CO2


Des ruptures scientifiques et techniques sont elles possibles
Des ruptures scientifiques et techniques sont-elles possibles?

La donne énergétique peut être changée par des découvertes scientifiques et des innovations ►Ruptures (le charbon et la machine à vapeur au XVIIIe siècle)

►la science peut être à l’origine de ruptures. Comment? ►découvertes, théories nouvelles : nucléaire (1938), PV silicium (1954)


Ruptures : produire des nouveaux biocarburants possibles?

Rupture: Génomes synthétiques de bactéries ou algues

Nature vol. 509

8 mai 2014

Ne pas utiliser une biomasse alimentaire mais la cellulose ou CO2

Fabrication de génomes synthétiques de bactéries et levures (à partir de nucléotides) reprogrammés ► enzymes « synthétiques » ► transformer biomasse en sucre puis alcools.

Reprogrammer bactéries ou cellules végétales ► hydrocarbures (2 gènes modifiés dans Eschericia coli (oct. 2013, Corée)


Les énergies renouvelables: le solaire photovoltaïque possibles?

Soleil: 6000 fois notre énergie quotidienne

Théoriquement au point mais encore des progrès à réaliser : coût des panneaux, rendement max 24% avec silicium, autres semi-conducteurs (CdTe, AsGa)


Solaire photovoltaïque possibles?

►Nouveaux matériaux semi-conducteurs, augmenter les rendements (≥20%) : multicouches, pérovskites

►Matériaux avec effets de surface: concentration avec lentilles, nanofils, graphène (électrodes), plasmons (amplifier l’absorption des photons)

►Matériaux organiques (plastiques dopés, PEDOT avec fullérène) peu coûteux, cellules de Grätzel

►Systèmes avec absorption multiphotonique : nouveaux phénomènes


Photolyse de l eau
Photolyse de l’eau possibles?

Cellule solaire et chimie

Electrons +2 catalyseurs (étain, cobalt/nickel, molybdène) ►H2 (combiné avec CO2 ►carburantsou piles à combustible


Des ruptures scientifiques et techniques sont-elles possibles pour le nucléaire?

L’avenir du nucléaire : l’après Fukushima et les réserves d’uranium (80 ans?), 75% électricité en France, problème des déchets

Génération IV (surgénérateurs) : - on utilise le plutonium + des neutrons rapides (sodium pour extraire la chaleur) - sels fondus thorium? . Sûreté?

Rupture : Une nouvelle théorie mettant au jour une relation nouvelle entre masse et énergie, remise en cause partielle ou totale des théories (E = m c2)?


Le long terme: la fusion thermonucléaire possibles pour le nucléaire?

Fusion atomes d’hydrogène ► Energie

Le programme international (Iter) en France : pas de résultats avant 2030 (??)


Une rupture : Une électricité intelligente? possibles pour le nucléaire?

Produire de l’électricité centralisée (centrales nucléaires, barrages) + sources intermittentes locales (solaire et éolien) : problème majeur + Stockage

Des réseaux électriques « intelligents » (smart grids) : enjeu important, gérer autrement l’électricité (20-30 ans?) ► Rupture et nouvelle donne

Capteurs, lignes électriques adaptées, stockage, compteurs « intelligents » (Linky, Indre et Loire) : piloter la consommation locale


Un point clé : le stockage de l’électricité possibles pour le nucléaire?

Essentiel pour les énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien) et les voitures électriques: batteries, piles à hydrogène…

Progrès lents

Nouveaux matériaux pour batteries : lithium..

Ruptures?

Biomimétisme

>300 Wh/kg

≈0,04 l essence


Des questions cl s
Des questions clés possibles pour le nucléaire?

Prix de l’énergie d’ici 2030 ? ► taxation du CO2 ? ► Augmentation du prix de l’énergie

Hausse kWh inéluctable (entre 7 et 8c€ /kWh en 2030?) : + 50% d’ici 2020 (Sénat)? ►Précarité énergétique?

Nouvelles ressources: gaz et pétrole de schiste, hydrates de méthane (Japon 2013)?


Conclusion
Conclusion possibles pour le nucléaire?

La transition énergétique est inévitable mais elle prendra du temps (30-40 ans?) :nécessité d’un débat ►des choix dans la clarté

Energie de demain: pragmatisme pour faire face aux imprévus : faire feu de tout bois : fossiles (un peu), biocarburants, biomasse, renouvelables, nucléaire…

Réflexion prospective nécessaire: repérer les verrous, les ruptures possibles

Préparer les ruptures par la recherche (après 2030)


Pour vos questions sur l nergie
Pour vos questions sur l’ possibles pour le nucléaire? Énergie

Blog sur l’énergie: www.pierrepapon.fr


Carburants par voie biologique possibles pour le nucléaire?

Production d’isobutanol par voie electro-biologique:

CO2 (cathode)►acide formique ►Bactérie (modifiée) Ralstonia eutropha ►isobutanol (rendement? électricité solaire?) Science, 30 mars 2012


Les gaz non conventionnels
Les gaz non-conventionnels? possibles pour le nucléaire?

Gaz de schiste aux USA : 25 % et prix très bas

Hydrates de méthane: percée du Japon en mars 2013 premier forage en mer


Le gaz de schiste
Le gaz de schiste possibles pour le nucléaire?


Batterie lithium-ion possibles pour le nucléaire?

Alléger les électrodes, améliorer la diffusion des électrons : graphène?


L e mix lectrique
L possibles pour le nucléaire? e mix électrique

Renouvelables : éolien terrestre puis off-shore en priorité, + solaire (PV 2030) = 40 % production (avec hydro et biomasse)

Construction lignes électriques nécessaire : défi technique et financier (135-155 Mds €)

50 % de nucléaire en 2025 ►plus de gaz et moins de renouvelables


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