technologies cles 2015 energie

8/7/2019 Technologies Cles 2015 Energie

1/47

TECHNOLOGIES CLS146


2/47

TECHNOLOGIES CLS 147

Time to Market

Position

de la

France

En retard

Court terme

[0 5ans]

Dans le peloton

Long terme[10 15ans]

Leader/Co-leader

Moyen terme

[5 10ans]

42

44

51

55

56Lutte contre le changement

climatique

Indpendance nergtique

Marchs internationaux

Dimension sociale

Enjeux41

43

45

53 46

5754

52

50

48

49

modeste

moyen

fort

Attrait du march

nergie41. Carburants de synthse issus

de la biomasse

42. Solaire thermodynamique

43. nergies marines

44. Piles combustible

45. Technologies de lhydrogne

46. Captage, stockage et valorisation du CO247. nergie nuclaire*

48. Solaire photovoltaque

49. nergie olienne en mer

50. Gothermie

51. Stockage stationnaire dlectricit

52. Rseaux lectriques intelligents

53. Technologies dexplorationet de production dhydrocarbures

54. Technologies de raffinagedes hydrocarbures

55. Technologies pour lexploration,

lextraction et les traitementsdes ressources minrales

56. Carburants de synthse issusde ressources fossiles

57. Biomasse et dchets : valorisationnergtique

(*) Considrant les caractristiques en termes daccs au march qui peut tre trs court, dans le cas de la maintenance par exemple ou trs long termepour les aspects technologiques, le t ype de graphique ci-dessus nest pas adapt la reprsentation de la technologie cl nergie nuclaire .


3/47

TECHNOLOGIES CLS148

Contexte et enjeuxLe bilan nergtique nationalLa France tait en 2007 le huitime plus grand consommateurdnergie au monde, derrire les tats-Unis (premier consom-mateur mondial), la Chine, la Russie, lInde, le Japon, lAllema-gne et le Canada. Avec 4,15 tep consommes par habitant etpar an, elle se situe lgrement en dessous de la moyenne despays de lOCDE, soit 4,64 tep en 2007.La consommation dnergie primaire en France sest leve 274 Mtep en 2008. Trois nergies dominent largement ce bilan :llectricit (43 %), le ptrole (32 %) et le gaz naturel (15 %). Sila composition de ce mix nergtique a ortement volu

depuis les annes soixante-dix, avec notamment la part impor-tante prise par llectricit dorigine nuclaire, elle a eu ten-dance se stabiliser durant les annes 2000. La consommationde ptrole, quant elle, a eu tendance se concentrer dans lesecteur des transports.

Selon les projections tablies par la DGEC dans le scnarionergtique de rrence publi en 2008, la croissance de laconsommation dnergie primaire serait de + 0,7 % par an dici 2030, avec un lger ralentissement sur la dernire dcennie(+ 0,6 % en moyenne). On note en particulier une orte crois-sance des nergies renouvelables, la ois sous orme dlectri-

cit (+ 2,5 % par an en moyenne) et de chaleur (+ 1,9 % par an),celles-ci ne reprsentant touteois quune part mineure par rap-port llectricit dorigine nuclaire, au ptrole et au gaz natu-rel ; lvolution la plus notable concernerait le gaz naturel, dontla consommation, tire par la production dlectricit, augmen-terait au rythme de + 2,3 % par an.

Les volutions sectoriellesDepuis 1973, la part relative de lindustrie dans la consomma-tion dnergie au niveau national a ortement diminu (de 36 % 23 %, hors branche nergie), alors que celle du secteur rsiden-tiel-tertiaire sest stabilise et que celle des transports a connu

une croissance signicative (de 19 % 31 %). lhorizon 2030,la consommation dnergie dans lindustrie devrait peu voluer,sa part relative continuant donc baisser.

Cette priode a par ailleurs t marque par une orte progres-sion de la consommation dlectricit, qui a cr deux ois plusvite que la consommation globale dnergie, rsultat, pour les-sentiel, de la substitution massive du oul par lnergie nuclairepour la production dlectricit. Le secteur rsidentiel-tertiairereprsente dsormais lui seul les deux tiers de la consomma-tion nale dlectricit, contre 30 % pour lindustrie (y compris lasidrurgie), une part relative qui tend par ailleurs dcrotre.

Les tendances au niveau mondialSelon le scnario tendanciel de lAIE, les besoins en nergie auniveau mondial pourraient crotre de 84 % entre 2007 et 2050. EnChine, la consommation dnergie pourrait doubler dici 2030 ;toutes les sources dnergie seraient concernes, le charbon res-tant touteois dominant, avec comme consquence un double-ment des missions de CO2 (pour lesquelles la Chine occupaitdj en 2007 la premire place, devant les tats-Unis). Toujoursselon ce scnario, les nergies ossiles (charbon, ptrole et gaznaturel) reprsenteraient encore plus de 85 % de la ourniturednergie primaire au niveau mondial. De ait, si une stabilisa-tion, voire une diminution des besoins en hydrocarbures despays de lOCDE est envisageable court terme, ce ne sauraittre le cas des pays en voie de dveloppement.Une des consquences est que les proccupations gopoliti-ques relatives aux marchs du ptrole et du gaz naturel sont

appeles jouer durablement un rle cl en matire dner-gie. En eet, plus des deux tiers des rserves mondiales deptrole conventionnel sont concentrs au Moyen-Orient, dontun quart en Arabie Saoudite. Les rserves de gaz naturel sont

Consommation dnergie primaire (corrige du climat) en France, par nergie(source : SoeS)

Consommation fnale dnergie, nergtique et non nergtique par secteur(en Mtep) en France (source : SoeS)

Consommation fnale d lectricit (corrige du climat) en France, par secteur(source : SoeS)


4/47


nergie

elles-mmes relativement concentres : ainsi, la Communautdes tats indpendants en dtient environ un tiers. Au total,lOpep et la Russie dtiennent les trois quarts des rserves deptrole, et trois quarts des rserves de gaz. La consquence estqu long terme, lconomie mondiale est appele dpen-dre dun nombre restreint de pays producteurs dhydrocarbu-res, dans un contexte o la marge de manoeuvre des pays delOpep au niveau des moyens de production est limite et o lescapacits de ranage sont sous tension. Dans cette situationtendue, tout ala climatique ou gopolitique se traduit imm-diatement par une fambe des prix.

Les ressources en hydrocarburesLa question du pic ptrolier mondial ( peak oil ), qui aitrrence la date laquelle la production mondiale de ptroleatteindra son maximum puis commencera dcliner du ait delpuisement des rserves, ait lobjet de dbats rguliers, les avisdivergeant ortement ce sujet.Ce pic dpendra la ois de lvolution de la production et de laconsommation (on introduit ainsi galement la notion de picde la demande ). Le bilan des rserves prouves pour les prin-cipales sources dnergie, qui quivalent 40 annes de pro-duction pour le ptrole conventionnel, 70 annes par le gaznaturel et luranium (utilis selon les mthodes actuelles, horsracteurs de quatrime gnration qui multiplieront cette res-source de deux ordres de grandeur) et 170 annes pour le char-

bon, montre quil ny a pas de risque de pnurie court terme,mme pour les hydrocarbures. Des investissements massis res-tent touteois ncessaires : ainsi, selon lAIE, prs de la moiti dela capacit de production mondiale de gaz naturel devra treremplace dici 2030 en raison de lpuisement des gisements.Il sagit touteois de perspectives moyen-long terme ; dans lim-mdiat, la rcession conomique qui a dbut en 2008 devraitavoir comme consquence une diminution de la consomma-tion nergtique en 2009, avec comme corollaire un tassementconjoncturel du cours des hydrocarbures.Dans le cas du ptrole, trois leviers principaux devraient per-mettre de maintenir dans les prochaines annes la production

un niveau susant : tout dabord, le maintien des investissements dans lamontptrolier ; il aut touteois noter que le rythme de dcouvertede nouveaux gisements sest ralenti et que leur taille moyenne adiminu, ce qui implique que les investissements en explorationet pour la mise en production sont plus longs amortir ; ensuite, une exploitation plus ecace des gisements existants :en moyenne, seulement un tiers du ptrole dun gisement estrcupr ; lamlioration de ce taux de rcupration, par exem-ple grce la mise en oeuvre nouveaux procds, permettra derepousser lchance dpuisement de ces gisements ; enn, lexploitation de ressources non conventionnelles ; undes exemples les plus connus est celui des sables bitumineuxde la province dAlberta, au Canada ; le cot environnementalde cette exploitation est touteois lev et devra tre incorpordans la chane de valeur : dorestation, consommation de gran-

des quantits deau, rejets liquides (eaux uses) et gazeux (com-poss sours, en particulier)...Par ailleurs, il aut souligner que les ressources ptrolires horsOpep sont en voie dpuisement, ce qui implique une dpen-dance de plus en plus marque vis--vis des pays de lOpep,alors que certains de ceux-ci peuvent prouver des dicults(voire des rticences) augmenter leurs capacits de produc-tion. Pour lensemble de ces raisons, les prix vont trs probable-ment rester structurellement orients la hausse.

Le changement climatiqueEn matire de scnarios sur le changement climatique, il estdevenu usuel dutiliser lchance de 2050 comme point derepre. Deux scnarios, en particulier, encadrent les avenirspossibles : le premier caractris par un objecti raisonnable ,revenir en 2050 au niveau dmission actuel ; le second, carac-tris par un objecti ambitieux, diviser par deux les missionsmondiales par rapport au niveau actuel (voir ce sujet le rapportde la commission nergie du Centre danalyse stratgique, ainsique le scnario Blue Map de lAIE, voqu ci-aprs). Ce der-nier objecti est direncier selon le stade de dveloppementdu pays considr : pour les pays les plus industrialiss, il sagitde diviser par quatre les missions de GES dici 2050. Cest cetobjecti qui est rappel larticle 2 de la loi de programme de2005 xant les orientations de la politique nergtique. ce stade, il est utile de rappeler que les missions de CO2 de

la France, rapportes aux dirents secteurs metteurs, poss-dent une structure relativement atypique. Cela rsulte principa-lement du ait que la production dlectricit repose pour les-sentiel sur des nergies trs aiblement mettrices : nuclaire et,dans une moindre mesure, hydraulique. En revanche, on constateque les niveaux dmission des autres secteurs (rsidentiel-ter-tiaire, transport et industrie) sont, toutes proportions gardes,comparables ceux des autres pays dvelopps.

Dans le dtail, on constate que ce sont les missions issues dusecteur des transports qui ont connu la plus orte progressionen lespace de quelques dcennies devenant ainsi le pre-mier secteur metteur alors que celles issues du secteur rsi-dentiel-tertiaire progressent un rythme nettement plus lentdepuis les annes 1990, et que celles issues de lindustrie sonten dcroissance rgulire.

missions de CO2 rapportes au PNB en 2005 (source : AIE)


5/47

TECHNOLOGIES CLS150

Au niveau international, les questions relatives au changementclimatique et aux missions de GES ont lobjet dun trait inter-

national connu sous le nom de protocole de Kyoto. Ngoci partir de 1997, celui-ci arrive chance en 2012, et la prpara-tion de laprs-Kyoto a dj dmarr. Les ngociations sav-rent touteois dlicates : ainsi, la 15e Conrence des parties (COP)qui sest tenue Copenhague n 2009 na pas permis daboutir un consensus sur des objectis chirs de rduction des mis-sions de GES. Les parties prenantes se sont engages contenirle rchauement climatique sous la barre des 2C ; chaque paysdvelopp doit durant lanne 2010 xer ses propres objectisde rduction des missions ; de son ct, la Chine a pour la pre-mire ois pris des engagements en termes de rduction de lin-tensit nergtique. On peut touteois noter que le texte signnest pas juridiquement contraignant, ce qui limite sa porte.La conrence de Cancun n 2010 a prpar la conrence deJohannesbourg pour laprs Kyoto et donn quelques avan-ces : laccord de Copenhague est intgr la Convention surle climat, un onds vert pour le climat est cr ainsi quun centrede technologie pour le climat. Le mcanisme de lutte contre ladorestation est lanc. Au-del des incertitudes scientiquesqui peuvent subsister quant aux causes et consquences durchauement climatique et de la ncessaire prise en comptede la situation conomique propre chaque pays (aut-il xerdes objectis chirs contraignants aux pays les moins dve-lopps ?), le manque de solutions technologiques simples et un cot abordable constitue un rein majeur ltablissement

dun large consensus.

Les contraintes temporellesLorsquon analyse de aon rtrospective les volutions quapu connatre le secteur de lnergie, un constat simpose : lesvolutions sont lentes, les transitions dun systme technolo-gique un autre soprant sur des dizaines danne . De ait,toute rfexion prospective en matire dnergie doit prendreen compte la relative lenteur de raction ace aux enjeux aux-quels ce secteur est conront : en particulier, les horizons tem-porels considrs sont en moyenne sensiblement plus loignsque dans la plupart des secteurs.

Les dbats autour de lacceptabilitHistoriquement, la question de lacceptabilit a avant tout t

associe la lire nuclaire, les dbats portant en particuliersur la gestion des dchets qui en sont issus. Mais plusieurs exem-ples rcents, comme les polmiques autour des biocarburants etde leur impact ngati sur les usages alimentaires des ressour-ces agricoles, ou bien les ractions de rejet que peuvent susci-ter les projets dimplantation doliennes, montrent que cettedimension doit dsormais aire lobjet dune analyse dans le casde toute lire mergente.De plus, cette analyse doit tenir compte des contextes locaux : lechoix des sites dimplantation, que ce soit pour des oprations

de dmonstration ou pour des projets industriels, nest pas neu-tre. Au-del des questions particulires souleves dans le cas detelle ou telle technologie, lexprience montre que les dbatsportent de aon rcurrente sur les aspects suivants : les questions relatives la scurit et aux impacts colatraux,quelles soient lies des risques industriels plus ou moins bienidentis (abilit des oliennes terrestres, par exemple) ou quel-les relvent dune application ventuelle du principe de prcau-tion (impacts potentiels de lolien oshore sur les cosystmesmarins, par exemple) ; dans le premier cas, la rponse est cher-cher du ct de la rglementation, des normes, de la certica-tion... ; dans le second cas, des travaux scientiques caractreplus ondamental peuvent savrer ncessaire ; limpact sur le cadre de vie et les risques de dvalorisation dupatrimoine, qui peuvent se traduire par un prjudice conomi-que, ventuellement quantiable ; la ncessaire volution des modes de vie, rsultat, en particu-lier, de nouvelles incitations et contraintes au niveau des usa-ges naux de lnergie (btiment, transports...).Dans tous les cas, il savre ncessaire dassocier les citoyens enamont des rfexions on peut rappeler ce sujet que le prin-cipe de participation ait partie des principes ondamentauxdu droit de lenvironnement. La tenue de dbats publics pr-cdant un projet sur un site donn peut se rvler insusante :les choix eectus doivent tre susamment expliqus, un des

enjeux tant de dmontrer que ceux-ci relvent dune vision long terme et non dun quelconque eet daubaine (exem-ple des dbats autour de la multiplication des projets dans ledomaine de lolien ou du photovoltaque).

missions de CO2 pour la France, par secteur (source : SOeS)


6/47


nergie

Les grandes tendancesdvolution du secteurLa rponse au changement climatiqueLes voies possibles pour lutter contre le changement clima-tique se rpartissent schmatiquement en deux catgories :produire de lnergie en ayant recours des technologies plus propres ; utiliser lnergie de aon plus rationnelle.Les scnarios tablis dans le cadre de lAIE permettent davoir

une vision plus prcise des contributions potentielles dechacune des grandes amilles technologiques.

Le scnario Blue Map est le scnario optimiste, dans lequelles missions mondiales de CO2 lies lnergie sont rduites demoiti dici 2050, par rapport leur niveau de 2005. Selon cesprojections, et en comparaison avec les volutions tendanciel-les, plus de la moiti (53 %) de la dirence observe provientde lecacit nergtique (au niveau des usages naux) ainsique des changements de combustible. Les deux autres princi-pales contributions proviennent ensuite du captage et du stoc-kage du CO2 et des nergies renouvelables.La rduction des missions rsultant de la production dnergieconcerne au premier che la production dlectricit. En eet,

celle-ci reprsente elle seule 32 % de la consommation mon-diale de combustibles ossiles, et 41 % des missions de CO2 dusecteur de lnergie. Depuis 1990, la part du charbon dans la pro-duction dlectricit est passe de 37 % 42 % en 2007 pour le

charbon, et de 15 % 21 % pour le gaz naturel. Selon lAIE, surla base des volutions tendancielles, ces parts pourraient pas-ser respectivement 44 % et 23 % en 2050.La matrise des missions de GES impliquera une volutionproonde de la structure du mix nergtique de chaquepays, lobjecti tant de tendre vers un mix autant que possi-ble dcarbon .Au niveau de la production dnergie, plusieurs options sontenvisageables : dvelopper la part des nergies renouvelables. Dans le contexteeuropen, le cadre en est principalement dni par la directiverelative la promotion de l utilisation de lnergie produite partirde sources renouvelables, dont la dernire version a t publieen 2009 (directive 2009/28/CE). Lobjecti x pour la France est

que cette part reprsente 23 % de la consommation dnergienale dici 2020 (contre 10 % en 2005, principalement sousorme dlectricit hydraulique et de bois-nergie) ; augmenter les capacits de stockage dlectricit et de chaleur.En eet, le caractre fuctuant et intermittent des nergies renou-velables, ainsi que le cot de modulation des centrales nuclai-res, imposent de renorcer la matrise des fux nergtiques entrelore et la demande dlectricit. La mise en oeuvre dinstalla-tions de stockage fexibles et perormantes apparat comme unlment de rponse essentiel cette problmatique ; conforter la place du nuclaire. Sagissant de la productiondlectricit en base, le nuclaire, le gaz naturel et le charbon

sont en concurrence, ce dernier tant dominant au niveau mon-dial. En labsence de captage et de stockage du CO2 un cotacceptable, la production dlectricit partir de charbon et,dans une moindre mesure, de gaz naturel, restera handicapepar son impact du point de vue des missions de GES, alors quela production dorigine nuclaire peut ds prsent contribuersignicativement la rduction de ces missions. Par ailleurs,cette lire prsente comme avantage de produire un kWhavec un prix relativement stable, du ait que la part du cot ducombustible dans le cot de production est trs aible : mmeune orte augmentation du prix de luranium naurait quunimpact trs limit ; rduire les missions de CO2 issus de la combustion dnergiesossiles, en particulier pour la production dlectricit. Si le char-bon est devenu marginal dans le mix nergtique ranais, cenest pas vrai au niveau mondial : 37 % de la production dlec-tricit repose sur le charbon, contre environ 4 % en France. Lesrserves de charbon tant abondantes et relativement bienrparties au niveau mondial, celui-ci continuera jouer un rlede premier plan jusquen 2050 et au-del.Il aut nanmoins rappeler que, comme la rappel la direc-tive europenne de 2009, un levier essentiel, court terme,pour rduire les missions de GES, est lamlioration delecacit nergtique au niveau de lutilisation nale dansles dirents secteurs concerns : btiment, transports et indus-

trie. ce sujet, le renorcement des rglementations et laug-mentation du prix de lnergie ont encourag la mise au pointde technologies permettant de matriser la consommationnergtique : on peut citer les rglementations thermiques

missions globales de CO2 projections 2030 et 2050 (source : AIE)


7/47

TECHNOLOGIES CLS152

successives, qui ont permis de diminuer progressivement lesbesoins en chauage des btiments neus, ou la diminutionrgulire de la consommation moyenne des vhicules particu-liers. Mais lamlioration de ces perormances a t au moins enpartie contrebalance par des dpenses nergtiques suppl-mentaires (eet rebond) : augmentation de la taille moyennedes logements, gnralisation de lquipement en lectrom-nager et multiplication des produits bruns , dveloppementde la climatisation, augmentation du taux dquipement en voi-ture des mnages et des distances parcourues...

La transormation des marchsde llectricit

Le modle du rseau lectrique national, galement dnomm rseau dalimentation gnrale , reposait pour lessentiel surdes centrales de grande taille assurant la production en base ,complte par des moyens de production en pointe , avec unoprateur unique pour le transport et la distribution. Dans cemodle, la production dlectricit dite dcentralise noc-cupait quune place modeste. Ce modle est appel voluer,en raison de plusieurs acteurs : tout dabord, louverture desmarchs de llectricit a permis lapparition de quelques nou-veaux acteurs au niveau national, lobjecti ultime restant tou-teois la constitution dun march lectrique europen relle-ment ouvert, ce qui suppose une fuidit des changes entrepays ; par ailleurs, la production issue de sources renouvela-

bles monte en puissance, leur caractre intermittent les di-rencie notablement des moyens de production convention-nels, ce qui implique une volution du cadre rglementaireet des investissements ventuels dans certaines technologies,notamment le stockage.

Les activits de serviceLes activits de service lies aux direntes lires nergti-ques sont multiples : bureaux dtude et dingnierie, montagede projet, nancement, ngoce, exploitation et maintenance,diagnostic et expertise, conseils juridiques... Il sagit dun sec-teur htrogne, dans lequel coexistent grands acteurs plus ou

moins intgrs, PME, artisans et indpendants...Pour lessentiel, ce sont des activits qui se sont dveloppesde longue date. Elles jouent un rle essentiel dans le secteurde lnergie, au mme titre que la abrication dquipements oula ourniture dnergie proprement dite : cette dernire, quellesoit sous orme de combustible, de chaleur ou dlectricit, estondamentalement perue comme une commodit , le clientnal ayant avant tout besoin quon lui ournisse un service ner-gtique plutt que des kWh.Les volutions actuelles ne devraient touteois pas se traduirepar des ruptures du point de vue des mtiers. La tendance estplutt lintgration de nouvelles comptences dans le cadre

des mtiers traditionnels : par exemple, lexploitation dunechauerie au bois demande des comptences spciques, encomparaison avec les chaueries conventionnelles alimentesau gaz ou au oul.

Dans ce contexte, de nouveaux mtiers peuvent apparatre(exemple de lactivit d agrgateur en rponse aux besoinsdquilibrage du rseau et de matrise de la pointe lectrique),mais il sagit l dune tendance mineure. Globalement, deuxgrandes tendances marquent les volutions des services ner-gtique : la professionnalisation et les besoins de formation en vue delacquisition de comptences nouvelles ; la gnralisation des approches orientes demande (exem -ple des contrats de perormance nergtique), centres sur lesbesoins du client nal.

Les tendancestechnologiqueset les technologies clsDans le domaine de lnergie, court-moyen terme, les ten-dances technologiques sont marques par une successionde progrs volutis oerts par un bouquet technologiquetrs diversi plutt que des ruptures (source : Centre dana-lyse stratgique).Il est vrai quen matire dnergie, les vritables ruptures tech-nologiques, au sens de lapparition dinnovations technologi-ques se dveloppant rapidement et modiant en proondeur

le secteur, sont rares. Ces trente dernires annes ont toute-ois t marques par plusieurs innovations majeures , tel-les que lintroduction des turbines gaz, en particulier en cyclecombin, ce moyen de production stant peu peu imposcomme la rrence en matire de production dlectricit, oubien la gnralisation de technologies telles que la sismique3D ou le orage dirig, qui ont marqu lexploration-produc-tion dhydrocarbures.Les principales tendances technologiques sont prsentesci-aprs par grandes lires.

Les nergies renouvelables :

hydraulique, nergies marines,biomasse, nergie du vent, nergiesolaireLa directive europenne relative la production dnergie partir de sources renouvelables joue un rle moteur dans ledveloppement des lires bases sur des nergies renouve-lables ; cela recouvre touteois des ralits et des potentiali-ts trs diverses : le potentiel hydrolectrique des pays dvelopps est dores etdj largement exploit, et la marge de manoeuvre est limite ;inversement, le potentiel nergtique des mers est signicati,notamment en France, mais il est dispers et aucune techno-

logie ne permet encore ce jour de lexploiter de aon a-ble, ecace et rentable bien que plusieurs voies soient explo-res. La lire des hydroliennes pourrait atteindre une maturit


8/47


nergie

susante court-moyen terme et porte sur des puissances ai-bles ; en revanche, les technologies de conversion de lnergiethermique des mers ou de lnergie de la houle, intensives en capi-

tal, sinscrivent dans une perspective moyen-long terme ; la biomasse occupe une place signicative dans le bilan ner-gtique ranais actuel, principalement en combustion pour laproduction de chaleur. Dautres modes de valorisation pour-raient permettre de mieux exploiter le potentiel ranais, telsque la mthanisation pour la production de biogaz ; quant auxbiocarburants, si la premire gnration (production partir deplantes sucrires, de crales ou dolagineux) atteint ses limi-tes (concurrence avec les usages alimentaires, en particulier), ladeuxime gnration, produite partir de ressources lignocel-lulosiques (donc vocation non alimentaire), pourrait prendrele relais, une ois que les procds de conversion seront su-samment matriss. plus long terme, une troisime gnration

pourrait voir le jour, qui reposerait sur lexploitation de la bio-masse marine (microalgues, en particulier) ; de nombreux ver-rous restent touteois lever : procds de culture et de rcolte,extraction cot rduit... ; lolien terrestre a aujourdhui atteint une certaine maturit,mme si le caractre intermittent de la production rend dli-cate son intgration dans les rseaux lectriques ; de ait, lesamliorations techniques sont essentiellement incrmentales.En revanche, lolien oshore na ait son apparition que rcem-ment (premier champ de 500 MW en 2003 au Danemark), et lesobstacles techniques sont multiples : tenue des quipementsen environnement svre (milieu salin, intempries) et raccor-

dement au rseau lectrique en particulier ; dans le domaine du solaire, deux technologies ont atteint uncertain degr de maturit : les capteurs thermiques pour la pro-duction deau chaude, et les panneaux photovoltaques base

de silicium pour la production dlectricit ; en France, ces pro-duits se sont principalement diuss dans lhabitat. Les nou-velles gnrations de cellules photovoltaques sont bases sur

lutilisation de matriaux inorganiques semi-conducteurs encouches minces ; des cellules bases sur des matriaux organi-ques pourraient aussi voir le jour.

Les nergies ossilesDans le cas du ptrole, deux enjeux constituent les principauxmoteurs des volutions technologiques : le renouvellement des ressources, destin repousser la date du pic de production : cest ce qui motive, par exemple, lamlio-ration du taux de rcupration dans les gisements dj exploits,la production en oshore trs proond, lexploitation des rser-ves dhuiles extra-lourdes, ou bien encore de ressources non

conventionnelles telles que les schistes bitumineux ; la matrise de la qualit des produits ptroliers, en rponse aurenorcement des normes environnementales, en particulierdans le secteur des transports : il sagit la ois de valoriser deaon optimale (sous orme de carburants ou de bases ptro-chimiques) chaque baril, tout en aisant ace au recours crois-sant des ressources non conventionnelles, qui ncessitent destechnologies de conversion spciques ; la question de lexploitation de ressources non convention-nelles se pose aussi dans le cas du gaz naturel : un exemple estcelui du gaz issu de roches indures, des gisements caractri-ss par une aible permabilit de la roche, ce qui reine la cir-culation du gaz et ncessite donc une racturation intense pour

permettre la production, et dont lexploitation se dveloppe enparticulier aux tats-Unis.


9/47

TECHNOLOGIES CLS154

En aval, une partie des eorts se concentrent sur les technolo-gies qui permettent de capter les missions de CO

2issues de la

combustion de combustibles ossiles, en particulier du charbon.Certaines dentre elles seront susceptibles dquiper des centra-les existantes ; dautres, comme loxy-combustion, correspon-dent des conceptions nouvelles. On peut par ailleurs noter quele captage du CO2 sera probablement matris dans un horizonrelativement proche, la question des cots restant ouverte.

Lnergie nuclaireLes prochaines annes seront marques par la mise en ser-vice de centrales de nouvelle gnration, dite gnration III.Parmi ces racteurs, on peut citer lEPR ( European PressurizedReactor ), en cours de construction sur deux sites en Europe(France et Finlande et un en Chine), oprations les plus avan-ces. LAtma-1 est un autre exemple de racteur en cours dedveloppement par Areva, de plus aible puisssance que lEPR.Les racteurs de troisime gnration prsentent des volutionsimportantes en termes de sret, intgrant lhistorique des ris-ques potentiels et les techniques les plus rcentes. La quatrimegnration constitue quant elle une rupture technologiqueavec un horizon long terme (2040). Les racteurs de gnra-tion IV sont des racteurs neutrons rapides qui peuvent ainsitirer un potentiel nergtique de la totalit de luranium com-bustible, contre moins de 1% pour les racteurs neutrons lentsde deuxime et troisime gnration.

Cette gnration uture ait lobjet dune concertation au niveauinternational dans le cadre du programme Generation IVInternational Forum . Les partenaires impliqus ont prslec-tionn six lires qui apparaissent ce jour comme les plus pro-metteuses ; elles se distinguent notamment par le fuide calo-porteur utilis : sodium, hlium, plomb, eau supercritique ousels ondus. La France a choisi de se positionner sur les rac-teurs caloporteur sodium liquide (du mme type que lesracteurs Phnix et Superphnix, on les dsigne sous le sigleSFR sodium-cooled ast reactor) ou hlium. Les systmes dequatrime gnration seront en mesure, non seulement derecycler le plutonium mais galement de consommer compl-

tement luranium 238.Les RNR (Racteurs neutrons rapides), qui valorisent nerg-tiquement la ois luranium naturel, recyclable ou appauvri,et tous les isotopes du plutonium, apparaissent comme unesolution pour la gestion du plutonium, via son multirecyclage.Ils permettent une bien meilleure utilisation de la ressource enuranium naturel, en multipliant par un acteur denviron 100la quantit dnergie produite par la mme quantit dura-nium naturel. La technologie des RNR permet de rendre lner-gie nuclaire techniquement durable sur plusieurs millnaires.Ces racteurs ont galement un potentiel de gestion alterna-tive des dchets, grce en particulier leur capacit potentiellede transmutation des actinides mineurs.Les enjeux technologiques relatis ces racteurs de nouvellegnration sont multiples :

sagissant des racteurs de type SFR, les principales dicul -ts sont lies lutilisation dune boucle de sodium liquide,pour laquelle il est ncessaire de limiter au maximum les ris-ques dinteraction avec leau ou lair (risques de ractions chimi-ques violentes) ; deux types de racteurs refroidis lhlium sont envisageables :racteur neutrons rapides (GFR Gas-cooled Fast Reactor) ouracteur trs haute temprature neutrons thermiques (VHTR Very High Temperature Reactor). ce jour, on ne dispose pas deretour dexprience sur les racteurs de type GFR ; les priorits court terme sont lanalyse de la sret du racteur et la concep-tion de lassemblage combustible, qui doit rsister aux hautestempratures (environ 850C). Les racteurs de type VHTR, quant eux, ncessiteront le dveloppement de matriaux de struc-ture rsistant de trs hautes tempratures et de composants,tels que les changeurs, abriqus partir de ces matriaux,lobjecti tant datteindre une temprature de onctionnementde 950-1 000C. Un des intrts dun tel niveau de tempratureest la possibilit dutiliser cette source de chaleur pour produiremassivement de lhydrogne par dcomposition thermochimi-que de leau ou par lectrolyse haute temprature ; enn, le programme ITER peut orir des solutions trs long

terme mais na pas t intgr dans les technologies cls eugard un horizon de temps excdant cet exercice.


10/47


nergie

Lhydrogne en tant que vecteur

nergtiquePeu prsent en tant que tel dans la nature, ce qui implique de lesynthtiser, lhydrogne possde plusieurs attraits en tant quevecteur nergtique : nergtique (35 kWh/kg contre 15 kWh/kg pour lessence), sa combustion, qui ne produit que de leau,peut tre considre comme propre .Recourir lhydrogne grande chelle suppose de disposerde technologies matures sur chacun des maillons de la chane :production en grandes quantits, transport et distribution, stoc-kage, utilisation et, de aon transversale, sret. Les ds tech-nologiques sont donc multiples : lhydrogne est dj produit de faon industrielle par refor-

mage du gaz naturel, procd mature mais qui prsente commeinconvnient dtre metteur de CO2 ; lalternative envisageconsiste dcomposer chimiquement leau, par lectrolyse (unprocd qui reste onreux) ou par voie thermochimique hautetemprature, ce qui suppose de disposer de sources de chaleuradquates (voir les possibilits envisages avec les racteursnuclaires de quatrime gnration voques plus haut) ; au niveau des utilisations, lhydrogne peut tre soit direc-tement utilis en combustion (moteurs, turbines), soit utilispour alimenter une pile combustible, laquelle produit cha-leur et lectricit ; le stockage et la distribution dhydrogne posent par ailleursdes problmes spciques, dans la mesure o ce gaz est peudense et diuse acilement travers de nombreux matriauxet assemblages. De ce point de vue, les rservoirs hydrognesont des composants cls : sagissant de ceux destins treembarqus sur des vhicules, ils doivent rsister des pressionsde stockage trs leves (plusieurs centaines de bars).

Les inrastructures lectriquesLes modalits de gestion des rseaux lectriques sont appeles voluer, sous leet de la transormation des marchs de llec-tricit et de laugmentation de productions caractre inter-mittent issues de sources renouvelables (solaire et olien). Lesoprateurs doivent assurer lquilibrage des rseaux dans uncontexte de croissance continue de la consommation dlec-tricit, tout en contribuant lamlioration de lecacit ner-gtique densemble.Les volutions technologiques concernent principalement : les quipements qui permettent de grer ecacement eten temps rel le transit de lnergie sur le rseau, ainsi que lesoutils de pilotage et de supervision associs (logiciels et trans-mission de donnes) ; les moyens de stockage de llectricit, qui permettent deaire ace aux fuctuations de la production et de la consom-mation ; les moyens permettant doptimiser le prol de consommation

au niveau du client nal, tels que les compteurs de nouvellegnration, rendant par ailleurs possible le dveloppement denouvelles ores de service.

Analyse de la positionde la FranceLa France possdant des ressources en nergies ossiles trs limi-tes, ses eorts en matire de dveloppements technologiquesse sont majoritairement orients, depuis les deux chocs ptro-liers, vers des lires lui permettant de rendre son mix nerg-tique moins dpendant de celles-ci.Cest ainsi, en particulier, que la France a pu acqurir une posi-tion de premier plan dans le domaine du nuclaire. Des bud-gets signicatis ont par ailleurs t consacrs dautres li-res, en particulier dans le domaine des nergies renouvelables :gothermie, solaire Ces derniers ont touteois t ortement

rduits entre 1986 et 2000, une priode de aible prix des hydro-carbures ayant dbut par un contre-choc ptrolier ; de plus, lestaris dachat de llectricit produite par ces nergies mergen-tes ntaient pas trs incitatis. Une des consquences a t queles lires industrielles correspondantes sont restes embryon-naires, avec par exemple un seul abricant de cellules photo-voltaques, un seul abricant doliennes De ce point de vue,des pays tels que le Danemark, lAllemagne ou le Japon ont pudvelopper un tissu industriel signicati.La rpartition actuelle des budget de R&D publics ranais donnedes indications sur la aon dont certains enjeux, tels que la luttecontre la changement climatique, ont pu remettre sur le devantde la scne certaines lires.

Rpartition de la dpense publique en recherche sur lnergie en 2008, en France(source : DGEC/CGDD)

La lire nuclaire (ssion, usion et gestion des dchets) bn-ciait en 2008 denviron la moiti des nancements. Suivaientensuite les nergies ossiles (15 %), lecacit nergtique (14 %)et les nergies renouvelables (10 %) ; pour ces dernires, la priorittait donne lnergie solaire et aux bionergies. Lhydrogneet les piles combustible bnciaient de 6 % des nancements,soit un niveau comparable celui de 2006-2007.Il aut souligner ce stade que le tournant pris aux alentours delan 2000 a t constat dans lensemble des pays dvelopps.Les budgets publics ddis la R&D dans le domaine de lner-gie sont repartis la hausse, leur part relative dans les budgets

Solaire38,5

Bionergies43,8

Gothermie3,7

Hydraulique1,7 Autres nergies

renouvelables1,3

olien 2,1nergies marines 0


11/47

TECHNOLOGIES CLS156

R&D totaux ayant nanmoins tendance stagner. Actuellement,le budget ranais est en volume le troisime budget, derrireceux du Japon et des tats-Unis.

On peut galement noter que les budgets consacrs aux ner-gies ossiles, lecacit nergtique et aux nergies renouvela-bles sont en moyenne sensiblement comparables. En revanche,lhydrogne et les piles combustibles bncient dun budgetquivalant environ la moiti de celui consacr chacune de ceslires. Bien entendu, cette structure varie ortement dun pays lautre : ainsi, le Japon, la Core et le Canada consacrent la plusgrande part de leur budget au nuclaire, alors que les budgetsles plus signicatis ddis au charbon se trouvent aux tats-Unis et en Australie. La Chine, quant elle, a choisi de concen-trer son soutien sur les lires du solaire et de lolien.Ces lments ne donnent nanmoins quune vue partielle de lasituation, puisquil manque des donnes sur les dpenses en R&Ddes entreprises. De ce point de vue, les donnes sur les deman-des de brevets permettent de dresser un tableau plus large.LOMPI a ainsi eectu un recensement des brevets dans ledomaine des technologies de lnergie alternatives , sur unepriode relativement longue (1978-2005). Napparaissent doncpas dans ce dcompte les demandes de brevet dans le domainedu nuclaire et des nergies ossiles.

Sagissant des demandes de brevet europen, la France arriveglobalement en quatrime position, derrire les tats-Unis, leJapon et lAllemagne.

Au niveau de la rpartition entre lires, on peut noter quela France ne possde pas de spcialisation rellement mar-que, linverse de ce que lon observe dans le cas du Japonavec lhydrogne et les piles combustible, du Canada gale-ment sur cette lire, du Danemark avec lolien, de lAllema-gne avec le captage et le stockage de CO2, de lAutriche avec labiomasse, ou encore de lAustralie avec le solaire. Cette absencede spcialisation marque se retrouve aussi aux tats-Unis, maisceci sapplique un volume de brevets cinq ois plus impor-tant, ce qui peut autoriser une relative dispersion entre lesdirentes lires.La France possde un savoir-aire indniable dans le domainedu nuclaire et des hydrocarbures. Sagissant des nouvelles lires, qui ont connu entre 1986 et 2000 une priode de rela-

tive mise en sommeil, lenjeu est dtre en mesure de se posi-tionner rapidement, du moins dans le cas des lires nayant pasencore atteint un degr de maturit technologique susant etpour lesquelles, du point de vue des acteurs, le paysage inter-national nest pas encore trs structur. Le jeu est ainsi relative-ment ouvert dans des lires tout juste mergentes dans les-quelles les options sont encore ouvertes, telles que le captageet le stockage de CO2, ou bien les nergies marines ; dans deslires dj bien structures, telles que le solaire photovolta-que, lenjeu rside dans la capacit se positionner sur les nou-velles gnrations. Enn, dans des lires telles que lolien oules piles combustibles, on peut penser que la France pourra

se positionner parmi les outsiders.Les orientations en matire de R&D publique dans le domainede lnergie connaissent par ailleurs des volutions structurel-les proondes. Des rfexions ont notamment t inities parle rapport sur les nouvelles technologies de lnergie (2004)et le rapport sur la stratgie nationale de recherche dans ledomaine nergtique (SNRE, 2007), qui a ait lui-mme lob-jet dune valuation par lOPECST en 2009. Le contexte ranaisa rcemment t marqu, entre autres, par la mise en place delAlliance nationale pour la coordination de la recherche surlnergie (Ancre), dont les membres ondateurs sont le CEA,le CNRS et lIFP nergies nouvelles, ainsi que par linstaurationdun onds dmonstrateur de recherche gr par lAdeme, des-tin la ralisation de prototypes une chelle susammentreprsentative prgurant le stade industriel. Dot dun bud-get de 375 M sur la priode 2009-2012, il concerne des th-mes tels que les vhicules dcarbons, les biocarburants dedeuxime gnration, le captage et le stockage de CO2, les ner-gies marines ou les rseaux du utur. Ces lires occupent ga-lement une place de choix au sein des investissements dave-nir , avec des crdits ddis aux dmonstrateurs nergiesrenouvelables et chimie verte (1,35 Md), la cration dins-tituts dexcellence en matire dnergies dcarbones (1 Md)ainsi quau soutien au nuclaire de demain (1 Md). Enn, destravaux pilots par lAdeme sous lgide des ministres en charge

de lnergie et de la recherche ont rcemment t initis ande qualier et hirarchiser plus nement les orientations derecherche de la SNRE.

volution des dpenses publiques en recherche sur lnergiedans les pays membres de lAIE (source : AIE)

Rpartition des demandes de brevet europen dans le domainedes nergies alternatives , par nationalit du dposant (source : OMPI)


12/47


nergie

RecommandationsUne impulsion nouvelle a t donne aux volutions dans ledomaine de lnergie suite aux travaux mens dans le cadredu Grenelle de lenvironnement. Si certaines dispositions quiont ensuite t adoptes ont un eet court terme (retrait des

ampoules incandescence, par exemple), dautres ont voca-tion avoir des eets structurants plus long terme, avec enparticulier des consquences sur les technologies du domainede lnergie en cours de dveloppement ou mergentes. Endehors des mesures spciques au btiment ou aux transports,on peut citer en particulier : la programmation pluriannuelle des investissements (PPI) deproduction dlectricit et de chaleur (arrts du 15 dcembre2009), qui xe des objectis en terme de capacits de produc-tion horizon 2020. Par exemple, dans le cas de llectricit, lesolaire devra contribuer hauteur de 5,4 GW (contre 110 MWen 2008), lolien terrestre hauteur de 19 GW (contre 3,5 GW

en 2008) et lolien oshore (ainsi que les nergies marines) hauteur de 6 GW ; la cration du Comit stratgique des co-industries (Cosi),lequel a mis en place en son sein un groupe de travail ddi linnovation et la diusion des co-technologies.Face ces objectis, la premire question qui se pose est cellede la capacit du tissu industriel ranais de contribuer, terme, latteinte de ces objectis, que ce tissu exploite des technolo-gies tricolores (existantes ou dvelopper) ou soit composen partie dimplantations de grands groupes internationauxinstallant des capacits de production dans lHexagone : dansles deux cas, le bilan en termes demplois est posit i. Lanalysene peut touteois tre purement ranco-ranaise : dans un cer-

tain nombre de cas, les enjeux, en termes de dbouchs, sontavant tout internationaux.Dans ce contexte, plusieurs priorits mergent : assurer une bonne cohrence entre les orientations de la politi-

que nergtique nationale, les actions des collectivits, les prio-rits dnies au sein des ples de comptitivit, la capacit (etla volont) des lires industrielles ranaises et les choix tech-nologiques, tels quils transparaissent dans la rpartition dusoutien public la R&D ; crer des conditions favorables au dveloppement prenne

des lires, comme le ait de disposer, au niveau des acteurs,dune visibilit susante moyen-long terme. Dans le domainede lnergie, cela concerne en particulier la scalit, les tarisrglements dachat de llectricit (dans le cadre de lobliga-tion dachat), ainsi que les prescriptions technologiques dansles achats publics et les normes internationales ; oprer des choix clairement assums.Concernant ce dernier point, on peut remarquer que la stra-tgie nationale de recherche et dinnovation (SNRI) a retenuquatre domaines cls pour lnergie : le nuclaire, le solairephotovoltaque, les biocarburants de deuxime gnration etles nergies marines. Ceux-ci sont complts, au nom de leurcontribution potentielle la lutte contre le changement clima-tique, par le stockage du CO2, la conversion de lnergie (dontles piles combustible) et lhydrogne.Le rapport de lOPECST sur la SNRE avait touteois soulign lancessit de dnir des priorits qui soient la ois valides auplus haut niveau politique, et slectionnes sur la base de cri-tres de choix explicites, lobjecti tant doprer un classemententre, dun ct, les paris technologiques , avec comme ambi-tion de se positionner parmi les leaders mondiaux, et, lautreextrme, les thmes pour lesquels le maintien dune veille tech-nologique est considr comme susant. Les dbats mensautour de la SNRE, ceux mens dans le cadre de lAncre, ainsique, dans le cadre du prsent exercice, la prsentation dune

slection de 17 technologies cls du domaine de lnergie,amorcent des pistes de rfexion dans ce sens, quil serait sou-haitable dapproondir.


13/47

TECHNOLOGIES CLS158

41. Carburants de synthse issusde la biomasseDiusante D'avenir

DescriptionLes technologies de production de biocarburants dits de deuxime gnration sont de deux types : la production par voie thermochimique, qui consiste gazier la biomasse, puis purier le gaz de synthseainsi produit et le convertir en carburants liquides (de typeDiesel ou Jet Fuel) via des procds catalytiques ; la production par voie biochimique, qui consiste trai-ter la biomasse par voie enzymatique, puis procder une ermentation thanolique.

Ces technologies sont plus particulirement destines la production de biocarburants partir de biomasseligno-cellulosique (bois, plantes croissance rapide, rsi-dus orestiers, etc.).Les eorts actuels dans ce domaine se concentrent surles oprations de dmonstration, cest--dire sur despilotes prgurant la production au stade industriel.Plusieurs verrous restent cependant lever, qui concer-nent notamment : la purication du gaz de synthse et sa valorisation des niveaux moindre de puret (our verrier,) ; la mise au point de nouvelles enzymes ; en amont, la logistique (lires dapprovisionnement).La troisime gnration , quant elle, repose sur lex-ploitation de la biomasse marine, essentiellement lesmicroalgues, espces de grande productivit cultives enmasse sur des salines ou encore en photobioracteurs. Lesverrous technologiques portent sur la culture intensive,linsertion dans lenvironnement, loptimisation de lex-traction des huiles pour la production de biocarburants,ou de la conversion par gazication. Les perspectivesindustrielles sont, au mieux, horizon de dix ans.

ApplicationsCes technologies sont ddies la production de carbu-

rants pour le secteur des transports (terrestres et ariens).Elles sont donc dveloppes en collaboration avec lesutilisateurs en aval (constructeurs). Une nouvelle lire

requrant des gaz de synthse de moindre puret (ourverrier par exemple) est en dveloppement.Ce sont des technologies relativement complexes, quimobilisent de multiples comptences : conception et fabrication de racteurs (chaudronne-rie) ; gnie chimique et biochimique (procds de purication,procds catalytiques, solvants supercritiques...) ; modlisation complexe des procds ; contrle et commande de procd, capteurs ;

traitement des euents ; logistique ; procds de prtraitement de la biomasse ; valuation des impacts environnementaux des cultu-res et des impacts socioconomiques.Les uturs sites devraient consommer de lordre de 1 mil-lion de tonnes par an de biomasse chacun ; titre decomparaison, lIFP nergies nouvelles value 47 mil-lions de tonnes la ressource ranaise (bois et paille)potentiellement mobilisable. Cette production contri-buera latteinte des objectis dincorporation de bio-carburants dans le secteur des transports, tels quils ontt xs par la directive europenne 20003/30 puis ren-

orcs par le gouvernement ranais.

Enjeux et impactsLe secteur des transports est directement concern parla mise en place dune lire de production de biocarbu-rants de deuxime gnration. Elle contribuera lind-pendance nergtique de lEurope, travers une meilleureexploitation des ressources en biomasse.Par ailleurs, cette lire devrait bncier dune meilleureacceptabilit que la premire gnration de biocarbu-rants, qui est en concurrence avec les usages alimen-taires. plus long terme, touteois, si les cultures ner-

gtiques destines alimenter les lires deuximegnration devaient se dvelopper, des tensions pour-raient se maniester au niveau de lusage des sols (terresarables, en particulier).


14/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls

Potentiel dacteurs en France

Position de la France

Maturit (chelle TRL)

Faible

Leader ou Co-Leader

mergence (TRL : 1-4)

Moyen

Dans le peloton

Dveloppement (TRL : 5-7)

Fort

En retard

Maturit (TRL : 8-9)

Acteurs

Position de la FranceLes programmes de soutien la R&D engags depuis quel-ques annes ont permis de mobiliser un nombre dacteurssignicati. Des projets de dmonstration sur la deuximegnration sont lancs ou en cours dvaluation : pilote sur le site de Bure-Saudron en cours dtude

sur la voie thermochimique (CEA, Air Liquide, Choren,Cnim) ; fonds dmonstrateurs gr par lAdeme : productionde biomthane par gazication (GDF Suez) et projetde pilote sur la voie de biochimique, BioTFuel (CEA, IFPnergies nouvelles, Soproteol et Total) ; plateforme dinnovation bioranerie recherches etinnovations, Marne (labellise par le ple IAR), au seinduquel sera dveloppe Futurol, thanol de deuximegnration.Par ailleurs, certaines comptences cls sont bien repr-sentes en France : par exemple les procds catalytiques,

que ce soit au niveau acadmique ou industriel.La France ne dispose touteois pas dune masse critiquedacteurs comparable celle de la rgion de Freiberg,en Allemagne, sur la voie thermochimique. Aux tats-Unis, limportance des programmes de recherche ddis lthanol cellulosique a permis ce pays dtre trs enavance dans ce domaine.Pour les biocarburants de troisime gnration, plusieursples de comptitivit cooprent an de contribuer l la-boration dune lire des microalgues industrielles.

Analyse AFOMAtouts

Soutien public la R&D. Matrise de certaines tapes-cls des procds. Potentiel de ressources exploitables (biomasse ligno-cellulosique, biomasse marine).

Faiblesses

Lancement tardif de projets de pilotes de dmons-tration.

Faible degr de structuration des lires dapprovi-sionnement.

Opportunits

Augmentation du cot des carburants dorigineossile. Demande des secteurs automobile et aronautique.

Menaces

Oprations pilotes de dmonstration plus avancesailleurs en Europe et aux tats-Unis, avec dores et djdes retours dexprience. Concurrence de la part de pays disposant de massescritiques de comptences : Allemagne (voie thermochi-mique) et tats-Unis (voie biochimique).

RecommandationsDans une approche globale, il sagit de complter lesaspects technologiques par des travaux en matire debilans conomiques (analyse ne des cots de productionprvisionnels, intgrant lamont), de bilans environnemen-taux, de scnarios de mobilisation de la ressource...De plus, il sera ncessaire de coupler les objectis enmatire dincorporation de biocarburants dans les car-burants pour lautomobile avec le potentiel de biomasse

disponible, en tenant compte des arbitrages ncessaires(confits dusage). On peut souligner au passage que cepotentiel ne pourra tre mobilis qu condition que leslires dapprovisionnement se structurent.Par ailleurs, an de diversier les usages, le dvelop-pement de la bioranerie doit tre soutenu : cetteapproche intgre combine sur une mme plateormedirents modes de valorisation de la biomasse (biocar-burants et valorisation matire).Enn, il est ncessaire de poursuivre et de concentrerles investissements dans un nombre limit de projetsde dmonstration. Ces projets permettront de plus aux

sous-traitants (ingnierie, chaudronnerie, instrumenta-tion...) dacqurir les comptences ncessaires pour sepositionner sur ces nouveaux marchs.

Principaux acteurs franais

Recherche : CEA, Cirad, CNRS, Ensic, IFP nergies

nouvelles, Irmer, Inra, UTC

Industrie : Air Liquide / Lurgi, ARD, Axens, Lesare,

Maguin, Naskeo, Roquette, Biocar (GDF-Suez), Total

Ples de comptitivit : Capenergies, Derbi, IAR,

Ple Mer, Ple Paca, Trimatec

Principaux acteurs trangers Abengoa, Biogasol, BTG, Chemrec Ab, Choren,

Enerkem, FZK, Genencor, Novozymes, Sekab, Shell,

Solazyme, Synthetic Genomics, TNO, Tub-F, Uhde, VTT

3 5 8

9 58 60

62


15/47

TECHNOLOGIES CLS160

42. Solaire thermodynamiqueDiusante D'avenir

DescriptionLe principe du solaire thermodynamique (ou thermique concentration - STC) consiste collecter et concen-trer lnergie solaire de aon produire de la chaleur,puis convertir celle-ci en lectricit via un cycle ther-modynamique (une ou deux boucles avec un fuide encirculation, couples une turbine).Les installations de production dnergie bases sur ceprincipe se rpartissent en trois catgories : les centrales tour, dans lesquelles les capteurs (miroirs)

rfchissent le rayonnement solaire vers un rcepteurcentral plac au sommet dune tour ; la centrale ran-aise Thmis (inaugure en 1983) en est un exemplehistorique ; les centrales capteurs linaires, dans lesquelles lerayonnement est concentr vers un tube rcepteur paral-lle aux capteurs, et lintrieur duquel circule un fuidecaloporteur ; il en existe deux versions : les capteurs detype cylindro-parabolique (en rrence la orme desmiroirs) ; les capteurs de type Fresnel, qui consistent enun assemblage de miroirs plats longitudinaux dispossparalllement mais inclins diremment ; dans tousles cas, la gomtrie adopte permet dobtenir leetde concentration ; les centrales de type parabole-Stirling, dans lesquelleschaque miroir parabolique est quip dun moteur Stirlingau niveau duquel le rayonnement est concentr.La aisabilit technique de ce type de systme est djen partie dmontre mais il subsiste touteois plusieursverrous technologiques lever : de faon gnrale, les rendements doivent tre encoreamliors, par exemple en augmentant le acteur deconcentration du rayonnement solaire, ou en utilisantun fuide caloporteur onctionnant plus haute tem-prature ;

les cycles de fonctionnement peuvent tre optimiss deaon maximiser la production dlectricit en onctiondes priodes diurnes-nocturnes ; une solution consiste coupler le systme un stockage de chaleur perormant,sachant par ailleurs quaucune solution de stockage nest lheure actuelle rellement satisaisante.

ApplicationsLe regain dintrt pour le STC aprs plusieurs program-mes de R&D durant les annes 80, date dune dizainedanne. ce jour, le march du STC est encore embryonnaire ;

on comptait n 2009 lquivalent de 710 MW instal-ls et en onctionnement dans le monde (source AIE).Actuellement, les annonces de projet reprsentant lqui-

valent de plusieurs centaines de MW de capacit suppl-mentaire par an se multiplient.Le march est aujourdhui domin par les industriels am-ricains, allemands et espagnols. Plusieurs acteurs ranaisessaient activement de se positionner sur ce march, soitpar des dveloppements mens en propre (CNIM, SolarEuromed), soit par des acquisitions, comme dans le casdAreva avec le rachat dAusra, ou dAlstom (participationsignicative dans BrightSource Energy).

Enjeux et impactsLa lire STC a dvelopp plusieurs dmonstrateurs enonctionnement. Selon les projections de lAIE, le STCpourrait ournir jusqu 10 % de llectricit au niveaumondial lhorizon 2050.Le STC est plus particulirement adapt aux rgions ort ensoleillement, dans des zones pouvant accepterde grandes emprises oncires : les zones dsertiquesou semi-dsertiques des tats-Unis, dArique du Nord,du Moyen-Orient... sont potentiellement les plus pro-metteuses. titre illustration, le Plan solaire mditerra-nen, qui est un des projets phares de lUnion pour laMditerrane, porte par la France, constitue un cadre

trs avorable au dveloppement du solaire pour la pro-duction dlectricit (y compris par la lire STC), avec unobjecti ambitieux de 20 GW (toutes lires conondues)mis en service dici 2020.Pour les acteurs ranais, les principaux enjeux cono-miques se situent donc lexport. Ils peuvent aussi sepositionner sur certains composants cls, tels que lesrfecteurs.Bien quassoci limage verte du solaire, le STC peutrencontrer quelques dicults dacceptabilit. Le prin-cipal obstacle rsulte de lemprise au sol ncessaire, cequi lexclut des zones urbanises et des zones agricoles.

De ait, ce type de centrale pourrait tre implant majo-ritairement loin des zones de consommation dnergie,ce qui implique le dveloppement dinrastructures detransport de llectricit adquates. Par ailleurs, certai-nes des lires prsentent des risques industriels sp-ciques : ainsi, certains cycles utilisent comme fuidecaloporteur des huiles qui prsentent des dangers encas daccident ; des systmes de stockage mettent enuvre de grandes quantits de nitrates (sous orme desels ondus), lesquels prsentent des risques dexplosion.Ces limites sont touteois bien connues, et des alternati-ves existent, comme lutilisation de vapeur deau commefuide caloporteur.


16/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls




Faible

Leader ou Co-Leader


Moyen

Dans le peloton


Fort

En retard

Maturit (TRL : 8-9)

6 7

Acteurs

Position de la FranceLe cumul dexprience qui avait t acquis avec la cen-trale Thmis na pas t entirement perdu : il subsistedes comptences acadmiques, mobilisables pour lesaspects les plus ondamentaux (transerts thermiques,cycles thermodynamiques...). Une lire industrielle restedonc construire, un rattrapage technologique tant parailleurs susceptible dtre eectu rapidement.Par ailleurs, la France dispose de lessentiel des comp-tences techniques mobiliser pour de tels projets, enparticulier des comptences en ingnierie dinstalla-tions complexes ( Technip) pour la production dlec-tricit et de chaleur ou encore sur les technologies demiroirs (Saint Gobain).

Analyse AFOMAtouts

Mobilisation active dacteurs industriels. Capacit rpondre des appels doffres interna-tionaux.

Faiblesses Absence de march intrieur susceptible de servir de vitrine linternational. Dmarrage tardif des projets nationaux.

Opportunits

Besoins en lectricit de pays en voie de dveloppe -ment ort ensoleillement. Grands programmes internationaux, tels que le pro - jet DII GmbH (prcdemment Desertec) qui doit airelobjet dune analyse dici 2012 ou le Plan solairemditerranen.


Recherche : Armines, CEA/Ines, Promes

Industrie : Alstom, Areva, Cnim, Saint Gobain, Solar

Euromed

Ples de comptitivit : Capenergies, Derbi

Principaux acteurs trangers

Abengoa, Acciona, E-solar, Novatec Biosol, Siemens,

Solar Millenium, Stirling Energy Systems...

Menaces

Dpendance technologique sur certains composantscritiques, tels que le tube rcepteur. Concurrence de plusieurs grands groupes interna-tionaux.

RecommandationsLenjeu principal, pour la France, est la capacit labo-rer une ore susamment solide, en mesure de pren-

dre des parts de march sur les marchs internationauxquil serait souhaitable de ne pas aborder en ordre dis-pers. Ces nouveaux marchs constituent galement uneopportunit pour la constitution dun tissu de PME sous-traitantes, indispensables pour la ourniture dune par-tie des multiples composants ncessaires la construc-tion des centrales STC.


17/47

TECHNOLOGIES CLS162

43. nergies marines

DescriptionLes technologies des nergies marines visent spcique-ment les nergies renouvelables issues des ressources dela mer, hors nergie olienne en mer. la dirence de la plupart des autres technologies cls,il sagit dun ensemble de technologies relativement ht-rogne, sappuyant sur des principes physiques direntset caractris par la source dnergie exploite : lnergie des courants marins qui consiste tirer parti delnergie cintique des courants et des courants ctiers

dus la mare par des hydroliennes qui transormentlnergie cintique en nergie lectrique ; lnergie houlomotrice, qui consiste transformer l ner-gie des vagues au moyen de convertisseurs dnergieen nergie lectrique par diverses techniques : colonnedeau oscillante, rampe de ranchissement, fotteur ver-tical, fotteur articul ; lnergie thermique qui consiste exploiter les di-rences de temprature entre la surace et les proon-deurs, essentiellement dans les zones tropicales, pourproduire de llectricit, de leau douce, du roid pour laclimatisation et des produits drives pour laquaculture.De rendement aible, elle suppose la mise en place din-rastructures lourdes ; la pression osmotique qui utilise les dirences deconcentration en sel en interposant des membres semi-permables et llectrodialyse inverse, notamment auniveau de lestuaire des feuves ; lnergie marmotrice qui consiste exploiter lnergiepotentielle de la mare lie elle-mme une direncede niveau entre deux masses deau ;La maturit des technologies est trs variable, lner-gie marmotrice, houlomotrice et les courants sont lesplus avances, avec quelques installations marmotricescommerciales dans le monde, des sites pilotes pour les

nergies hydroliennes et houlomotrices. Lnergie ther-mique et la pression osmotique doivent encore airelobjet de dveloppement. Lusage industriel des tech-nologies les plus avances cites pourrait intervenir un horizon de cinq ans.Selon lnergie considre, il existe direntes amillesde technologies qui ne prsentent pas orcment lesmmes types de verrous technologiques. Dans tous lescas, il sagit de prendre en compte un environnementsoumis des conditions svres de vent, vagues, cou-rants, salinit, etc. Les verrous peuvent tre classs pargroupes onctionnels :

conception mcanique et fabrication : fabrication etassemblage de structures marines de grande envergureet application de matriaux alternatis (bton, composite)pour des coques conomiques et durables ;

conception lectrique : ancrages et cbles lectriques,systmes de connexion lectrique en milieu marin,connexions tournantes ; installation en milieu marin : mise leau simplie destructures de plusieurs centaines de tonnes, mthodede remorquage et de mise poste, installation et assem-blage des ensembles en milieu marin ; ancrage adapt au sol : de types classique (navire), gra-vitaire, pieux enoncs dans le sol ; contrle commande des machines ou des parcs de

machines : pour optimiser la production dnergie etlimiter les eorts mcaniques ; convertisseurs dnergie : dimensionnement du stoc-kage de lnergie, comportement des machines et com-posants en mer, atigue ; raccordement lectrique : comportement dynamique ducble, diminution des pertes lectriques, optimisation ; exploitation et maintenance : moyens daccs en toutescurit, survie en conditions extrmes ; dmantlement an de restituer le site, aprs exploi -tation, dans un tat le plus proche possible des condi-tions initiales.

ApplicationsLa principale application vise est la production dlec-tricit. Les autres champs dapplication sont la produc-tion de roid pour la climatisation et les produits drivspour laquaculture.La majeure partie des capacits installes sont de typemarmotrice, avec trois usines marmotrices dans lemonde reprsentant 270 MW de capacit installe en2008, dont celle de la Rance (240 MW), construite en1960. Les nergies marines [source : association EuropeanOcean Energy] pourraient totaliser 3,6 GW de capaciten 2020, reprsentant 26 000 emplois directs pour un

investissement denviron 8,5 Md. La France reprsente0,8 GW dans ce scnario.

Enjeux et impactsGrce son littoral, la France dispose dune zone mari-time de 11 millions de km2, dont elle contrle lexploi-tation et au sein de laquelle la production dlectricitpourrait se dvelopper.Des interrogations subsistent quant lintgration dans lemilieu du point de vue environnemental et anthropique.Les nergies marines devront en particulier dmontrerquelles ne perturbent pas les cosystmes marins.

Diusante D'ave nir


18/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls




Faible

Leader ou Co-Leader


Moyen

Dans le peloton


Fort

En retard

Maturit (TRL : 8-9)

Acteurs

Analyse AFOMAtouts

Un large territoire maritime. Installation en cours dhydroliennes Paimpol-Brhat,6 MW, par EDF. Initiative Ipanema visant favoriser lmergence dune

lire complte.

Faiblesses

Environnement juridique et administratif complexe. Tarif dachat de lnergie peu incitatif.

Opportunits

Possibilits de participation active des projets de coo -pration linternational.

Menaces

Un impact environnemental mal cern, avec des conitsdusage possibles. Financements ncessaires levs, donc difficiles

mobiliser, pour des perspectives sinscrivant dans lelong terme.

RecommandationsLes perspectives de dveloppement des nergies mari-nes sinscrivent dans le long terme. ce titre, il est nces-saire de maintenir un eort de R&D rgulier sur unelongue dure (horizon 2020), incluant la mise au pointde dmonstrateurs. Les investissements doivent treprvus en onction de la capacit industrialiser desacteurs privs.Plusieurs des pistes explores reprsentent des rupturestechnologiques, pour lesquelles la France est en position

darmer une ambition industrielle.


Recherche : cole centrale de Nantes, Ensieta,

Iremer, INP Grenoble

Industrie : Alstom, DCNS, EDF EN, GDF-Suez,

Geocean, Oceanide, Sabella, Saipem, Technip

Ples de comptitivit : Capenergies, Ple Mer

Bretagne Ple Mer Paca, Tenerrdis

Principaux acteurs trangers Iberdrola, SAIPEM, Statkraft, Marine Current Turbine,

Pelamis, Sapphyre, Voith Siemens, Wave Dragon

49


19/47

TECHNOLOGIES CLS164

44. Piles combustibleDiusante D'avenir

DescriptionUne pile combustible onctionne selon le principeinverse de llectrolyse : elle permet de produire de llec-tricit partir dhydrogne et doxygne. Le seul produitdirect de la conversion est de la vapeur deau.De aon schmatique, une pile combustible comprendune anode, au niveau de laquelle lhydrogne est introduit,une cathode, au niveau de laquelle loxygne est intro-duit, ces deux lectrodes tant spares par un lectro-lyte, par lequel transitent les porteurs de charge.

Les dirents types de pile combustibles se distinguentpar la nature des lectrodes et surtout de llectrolyte uti-lis. Pour des applications stationnaires, les principauxsont les suivants : PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), qui secaractrise par lutilisation dune membrane polymrecomme lectrolyte ; SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), dont llectrolyte est encramique (zircone) ; PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) et MCFC (MoltenCarbonate Fuel Cell), dont llectrolyte (respectivementlacide phosphorique et des carbonates) est solide tem-prature ambiante, mais liquide la temprature de onc-tionnement de la pile.Chacune de ces piles onctionne des tempratures plusou moins leves : 70-150C pour les PEMFC, 180-220Cpour les PAFC, 600-660C pour les MCFC et 700-1000Cpour les SOFC. On peut noter au passage que la chaleurcontenue dans la vapeur deau produite peut tre rcu-pre (cognration). Un onctionnement tempratureleve permet dacclrer la raction hydrogne-oxygne,mais impose dutiliser des matriaux adapts ; pour unonctionnement temprature plus basse, le recours uncatalyseur (en gnral, du platine) est ncessaire.Malgr les eorts consacrs cette amille de gnra-

teurs, plusieurs verrous technologiques reinent leur di-usion plus grande chelle : sensibilit aux impurets prsentes dans les gaz qui ali-mentent la pile (composs sours, en particulier) ; mise au point de matriaux et de composants suscep-tibles de onctionner haute temprature (SOFC) et/ouen milieu agressi (MCFC) ; recherche dalternatives an de limiter les risques dap-provisionnement : catalyseurs (alternative au platine, dontles ressources sont limites), membranes polymres (alter-native au principal ournisseur amricain actuel) ; rduction du temps ncessaire au dmarrage pour les

piles onctionnant haute temprature ; augmentation de la dure de vie.

ApplicationsEn dehors des applications spatiales, les premiers modlesde pile combustible ont t mis sur le march au dbutdes annes 1990. ce jour, touteois, trs peu de produitsont atteint une relle maturit commerciale.En 2008, les ventes mondiales de piles combustible pourapplications stationnaires ont t de lordre de 2 250 uni-ts, contre environ 250 en 2001. Il sagissait principalement(plus de 90 %) de PEMFC de petite puissance (moins de10 kW) ; les puissances plus leves (50 units venduesen 2008) sont domines par les PAFC et les MCFC.

Il est dlicat de prdire quel sera lavenir la taille dumarch des piles combustible, tant les estimations pas-ses se sont rvles hasardeuses. Pour les applicationsstationnaires, les deux segments principaux seraientles suivants : les installations de production dcentralise, de quel-ques centaines de kW, ventuellement utilises encognration : hpitaux, immeubles tertiaires, habi-tat collecti... ; les units de petite puissance, qui peuvent galementsadresser au secteur rsidentiel-tertiaire, dont certainesapplications spciques : installations de secours, alimen-

tation de sites isols, microcognration...Un autre usage possible serait le stockage tampon dellectricit : celle-ci serait utilise pour produire de lhy-drogne, lequel serait stock puis utilis ultrieurementpour alimenter une pile combustible.La tendance observe depuis une dizaine dannes estnettement une croissance de ce march, principalementpour les units de petite puissance. Cette croissance rgu-lire devrait se poursuivre dans les prochaines annes,sans touteois sacclrer court terme, le cot des piles combustible restant lev (entre 6 000 et 10 000 lekW), avec une dure de vie encore trop limite.Dautres types dapplications sont expriments : trans-

ports (production dlectricit embarque bord dunvhicule) et appareils lectriques portables.


20/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls




Faible

Leader ou Co-Leader


Moyen

Dans le peloton


Fort

En retard

Maturit (TRL : 8-9)

Enjeux et impactsActuellement, la plupart des installations en service sontalimentes en gaz naturel, en labsence dune inras-tructure de distribution dhydrogne adquate. Le gaznaturel est lui-mme transorm par reormage avantdtre inject, opration qui a pour consquence lmis-sion de CO2. Un onctionnement en mode rellement dcarbon ncessitera lavnement dune cono-mie de lhydrogne, qui sinscrit dans une perspective long terme.Par ailleurs, le onctionnement en cognration (pro-

duction dlectricit et de chaleur) permet damlio-rer lecacit nergtique (secteur rsidentiel-tertiairedans le cas prsent).La pile combustible bncie dune image positive : enpremire approche, il ny a pas dmissions polluantes,seulement de la production deau. Touteois, les risqueslis lutilisation de lhydrogne (mme sils ne sont pasondamentalement dirents de ceux lis au gaz natu-rel), le cot lev de la technologie et sa diusion sanscesse repousse pourraient limiter son usage quelquesapplications de niches.

Acteurs

Position de la FranceLa lire industrielle ranaise des piles combustiblesest encore mergente. Elle comprend pour lessentieldeux liales de grands groupes positionns ou souhai-tant se positionner sur lhydrogne. Au niveau inter-national, les principaux acteurs sont nord-amricains(tats-Unis et Canada), lesquels bncient dun cumuldexprience de plus de vingt ans et sont donc technolo-giquement plus avancs, et, dans une moindre mesure,japonais et europens.

Analyse AFOMAtouts

Mise en rseau des acteurs (rseau PACo puis plate-orme HyPaC). Complmentarit des comptences industrielles etacadmiques. Continuit du nancement public de la R&D (program-mes PAN-H puis HPAC de lANR).

Faiblesses

Nombre relativement limit dentreprises impliques.

Opportunits Progression rgulire des ventes annuelles au niveaumondial. Couplage avec le dveloppement des technologiesde lhydrogne.

Menaces

Avance technologique nord-amricaine et japonaise. Dicults dapprovisionnement pour certains mat-riaux et composants. Programmes de dmonstration dans le rsidentiel djen place au Japon et en Allemagne.

RecommandationsLes recherches menes ces dernires annes doiventtre poursuivies par les organismes de recherche ande prparer les technologies de rupture et en dvelop-pant encore le partenariat public-priv. Des projets dedmonstration doivent tre appuys dans une logiquede multiplication des applications.


Recherche : CEA, IRCELyon, LEMTA, LEPMI... ;

Industrie : Axane (Air Liquide), Dalkia (Veolia), EDF,

GDF Suez, Helion (Areva)...

Ples de comptitivit : Astech, Capenergies, Derbi,

Ple Vhicule du Futur , Tenerrdis, S2E2


Ansaldo Fuel Cells, Ballard, Fuelcell Energy, Hexis,

Hydrogenics, NGK Insulators, P21, Plug Power, Topsoe

Fuel Cell, Toshiba, UTC Power...

5 45


21/47

TECHNOLOGIES CLS166

45. Technologies de lhydrogneDiusante D'avenir

DescriptionLutilisation de lhydrogne comme nouveau vec-teur nergtique suppose de matriser lensemble desmaillons de la chane : production, stockage, transportet distribution.Lhydrogne est dores et dj produit de aon indus-trielle par reormage du gaz naturel ou dhydrocarbu-res liquides, ainsi que par gazication du charbon ; leurprincipal inconvnient est de produire de grandes quan-tits de CO2.. Des alternatives sont nanmoins possibles :

llectrolyse basse temprature, encore limite par sonaible rendement et son cot ; la gazication de la bio-masse, couple une purication et une sparation dugaz de synthse ; llectrolyse haute temprature-hautepression, encore exprimentale ; la dissociation thermo-chimique de leau, galement exprimentale, et qui sup-pose de disposer une source de chaleur haute temp-rature (plus de 850C) et en grande quantit.Le stockage de lhydrogne pose des problmes spci-ques, d sa aible densit et sa tendance migrer tra-vers les matriaux. Il peut tre stock sous orme gazeusedans des conteneurs sous trs haute pression, ou biensous orme liquide (stockage cryognique) ; une alter-native consiste stocker lhydrogne dans un matriausolide (hydrures mtalliques, par exemple). Ces modes destockage sont encore limits pour des raisons de cot, derendement nergtique et/ou dencombrement.Enn, du point de vue du transport et de la distribution,plusieurs options sont ouvertes, avec des modes dorga-nisation dirents selon que la production est centrali-se ou sur site ; le transport peut tre eectu par unvhicule ddi ou via un rseau (canalisations). Durantle transport, lhydrogne peut lui-mme tre stock dansun conteneur de grande capacit, ou dans des cylindresou cartouches, ces derniers tant livrs lutilisateur

nal. Dun point de vue logistique, de multiples orga-nisations sont techniquement possibles, mais ncessi-tent dtre optimises.En aval, lhydrogne peut alimenter une pile combus-tible destine produire lectricit et chaleur.

ApplicationsLe dveloppement dinrastructures ddies lhydro-gne sera li son utilisation dans trois secteurs prin-cipaux : production dnergie (lectricit et chaleur) dans desinstallations stationnaires ; vhicules piles combustible (avec stockage embar-qu dhydrogne) ; applications portables (appareils lectriques).Les enjeux se situent essentiellement au niveau des deux

premiers secteurs, qui ncessitent une production dhy-drogne susante et une logistique en consquence.Actuellement, la consommation dhydrogne mondialeest denviron 57 Mt/an (dont 8 Mt en Europe), soit 630 mil-liards de Nm3. Il est produit quasi-exclusivement partirde ressources ossiles, et est destin 85 % au ranagede produits ptroliers et la production dammoniac.Cette production, si elle tait utilise des ns nerg-tiques, ne reprsenterait que 1,7 % de la consommationdnergie primaire au niveau mondial (source : associationAFH2) ; il audrait donc que la production dhydrognegagne un ordre de grandeur pour que ce vecteur nerg-tique puisse occuper une place signicative dans le bilannergtique. Ce scnario na touteois de sens que dans lamesure o la technologie des piles combustible atteintune maturit susante (cot et dure de vie).

Enjeux et impactsLe principal attrait de lhydrogne en tant que vecteurnergtique est que sa combustion ne produit directe-ment aucune mission de CO2. ; le bilan global peut nan-moins tre trs dirent, selon la aon dont lhydrognea t produit. Il pourrait donc tre amen jouer un rlesignicati dans le domaine des nergies dcarbones siune inrastructure adquate est dploye grande chelle,

sapparentant une vritable transition nergtique versune conomie de lhydrogne et sinscrivant nces-sairement dans le long terme. Alternativement, les appli-cations de lhydrogne en tant que vecteur nergtiquepourraient rester cantonnes des applications de niche.Selon le modle qui se mettra en place, les implica-tions du point de vue des investissements en inrastruc-tures seront signicativement direntes.Selon ltude prospective WETO-H2, publie en 2007,si les tendances actuelles se maintiennent, lhydrognene reprsenterait que 2 % de la consommation nerg-tique mondiale en 2050 (3 % en Europe). Concernant

les inrastructures, le projet europen HyWays a analysplusieurs scnarios prospectis montrant quun dploie-ment grande chelle de lhydrogne pour lautomo-bile ncessiteraient des investissements cumuls pour


22/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls




Faible

Leader ou Co-Leader


Moyen

Dans le peloton


Fort

En retard

Maturit (TRL : 8-9)

les inrastructures hauteur de 60 Md pour un parc de16 millions de vhicules lhorizon 2027.Par ailleurs, lhydrogne pourrait soulever des questionsdu point de vue de lacceptabilit, du ait de son usagecomme combustible. Des travaux spciques aux normesde scurit ont dailleurs t initis dans la perspectivedu dploiement dune inrastructure ddie lhydro-gne. Une autre dicult rside dans le dcalage entreles promesses de lconomie de lhydrogne, qui apu tre survendue , et limplmentation eective de

ces technologies. Ainsi les stratgies actuelles des tatsmembres de lUnion europenne et des constructeurs enmatire de vhicules dcarbons sorientent davantagevers les vhicules hybrides et lectriques.

Acteurs

Position de la FranceLa France bncie avec Air Liquide de la prsence sur sonterritoire dun des leaders mondiaux de lhydrogne.La lire hydrogne mobilise un nombre relativementrestreint dacteurs ranais, mais lensemble de la chaneest couverte, jusquaux usages naux. Le niveau de sou-

tien aux travaux de R&D mens dans ce domaine, ainsique la aon dont ce soutien se rpartit en onction dessecteurs dapplication, a rcemment t remis en causepar un rapport de lOPECST de 2009 qui a soulev la ques-tion dun ventuel dsquilibre entre le soutien accordaux vhicules piles combustible et celui accord auxvhicules lectriques quips uniquement de batterieset aux vhicules hybrides.

Analyse AFOMAtouts :

Continuit du nancement public de la R&D (program-mes PAN-H puis HPAC de lANR). Prsence dun des leaders mondiaux. Mise en rseau des acteurs.

Faiblesses

Nombre relativement limit dentreprises impliques. Logistique lourde dployer (transports, stockage).

Opportunits

Soutien europen aux activits de R&D travers la struc-ture Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking . Disponibilit de plusieurs briques technologiques pourla production ou le stockage.

Menaces

Risque de distanciation dans une comptition interna-tionale acclre, (tats-Unis, Japon). Concurrence dautres lires vertes.

RecommandationsLes recherches menes ces dernires annes doiventtre poursuivies par les organismes de recherche ande prparer les technologies de rupture et en dve-loppant encore le partenariat public-priv. Lobjectivis dune production massive dhydrogne sans CO2.passe par le dveloppement de projets de dmonstra-tion sur les procds et la structuration dune ore glo-bale pour la lire.


Recherche : CEA, IFP, CNRS

Industrie : Air Liquide, Areva, Ceth, Mahytec, Mc Phy,

N-GHY, Ullit

Ples de comptitivit : Axelera, Capenergies,

Derbi, Tenerrdis, S2E2


Air Products, BP, Linde, Praxair

44 62


23/47

TECHNOLOGIES CLS168

46. Captage, stockageet valorisationdu CO

2

Diusante D'avenir

DescriptionLa lire du captage et du stockage du CO 2 consiste capter le dioxyde de carbone produit par des sites indus-triels puis le comprimer, le transporter et le stocker dansune ormation gologique de manire permanente etsre pour lenvironnement.Trois voies de captage sont possibles : la postcombustion, qui consiste capter le CO2 dansles umes de combustion ; loxycombustion, qui intervient plus en amont et rem-

place le comburant classique (air) par de loxygne, pro-duisant des euents haute teneur en CO2 ; la prcombustion sappuie sur un concept dirent quiconsiste gazier le combustible, puis aprs modica-tion, sparer le CO2 et lH2.Le CO2, aprs sparation, est comprim puis transport,par conduite ou par navire, jusquau lieu de stockage go-logique o il est inject (anciens gisements dhydro-carbures, aquires salins (sur terre et en mer), etc.).Si parmi les trois principales voies de captage, aucunene ressort aujourdhui comme prioritaire, le choix dunetechnologie par rapport une autre dpend du typedinstallation (taille, combustible, onctionnement) etdu type de mise en uvre du captage du CO2 (installa-tion nouvelle ou existante).La technologie postcombustion est la plus avance ; desdmonstrations sont en cours linternational (plate-orme Sleipner en Norvge, 1 million de tonnes de CO2injectes chaque anne). La technologie de captagepar oxycombustion ait galement lobjet doprationsde dmonstration de recherche sur le territoire natio-nal (site de Lacq). Les premiers dploiements industrielspour quiper des centrales thermiques devraient inter-venir partir de 2020.Les uturs axes de dveloppement de la lire portent sur

la matrise du captage du CO2 an de rendre les techno-logies moins nergivores et coteuses. Le transport duCO2 capt est une technologie relativement matrise etson adaptation pour les centrales lectriques (gaz, char-bon) ne devrait pas ncessiter de modications majeu-res. Enn, pour que le stockage de CO2 soit applicable grande chelle, de nombreux ds technologiques, por-tant notamment sur la gestion du risque, doivent trerelevs. Pour cela, il est ncessaire de : tudier linjectivit du CO2 ; contrler les impurets ; suivre le panache de CO2 dans le rservoir ;

rduire les incertitudes quant aux potentiels sites destockage du CO2 et de leur comportement sur le trslong terme ; dnir des normes de validations des sites ; concevoir les techniques de fermeture des sites.

ApplicationsLe march du captage et du stockage du CO2 se structu-rera essentiellement dans les secteurs les plus ortementmetteurs de CO2 incluant : les industries grosses consom-matrices dnergie (verre, papier, ciment, mtallurgie, sid-rurgie), les centrales de production dlectricit et lin-dustrie ptrolire et gazire qui mobilise la rinjectiondu dioxyde de carbone dans les champs dexploitation(50 millions de tonnes de CO2 chaque anne).Le stockage du CO2 est une des principales technolo-

gies de rduction des missions de CO2 dans latmos-phre pour lequel de 2,5 3 Md$ devraient tre investisannuellement de 2010 2020 [source : AIE].En France, les perspectives de march portent sur lesbassins industriels ortement metteurs.Dans les prochaines annes, le march sera principale-ment constitu dunits de dmonstration sur des cen-trales lectriques avec une centaine de projets grandechelle attendus dici 2020, reprsentant un investisse-ment de 26 Md$ [source : AIE/CLSF Report to the Muskoka2010 G8 Summit].Le march est principalement linternational o lesproducteurs dlectricit sont dimportants metteursde CO2 (tats-Unis, Chine, Inde, etc.).

Enjeux et impactsLe CO2 contribuant hauteur de 55 % leet de serreanthropique, la technologie de captage et de stockagegologique du CO2 vise participer la rduction pardeux des missions mondiales de CO2 dici 2050.Le paquet nergie-climat adopt in 2008 par leParlement europen comprend une directive qui ta-blit un cadre juridique pour les activits de stockagegologique du CO2. La directive 2009/31/CE relativeau stockage gologique du dioxyde de carbone a t

vote le 23 avril 2009. Elle dnit les conditions de slec-tion des sites de stockage, met en place un systme depermis de stockage et prvoit les obligations relatives lexploitation, la ermeture et la post-ermeture dunsite de stockage.Un important travail pdagogique et de dialogue avecles dirents acteurs sociaux et la population qui rside proximit des sites de stockage envisags devra treeectu, avec des garanties de transparence et de contr-les indpendants.Enn, un enjeu majeur rside au niveau de lquation co-nomique de telles oprations. De tels projets seront or-

tement capitalistiques, et les modles conomiques per-mettant de les rentabiliser sont encore incertains.


24/47


nergie

Liens avec dautres

technologies cls



Maturit (chelle

technologies cles 2015 energie

Documents