Le document aborde la transition énergétique face à une demande mondiale en hausse et aux contraintes environnementales liées aux énergies fossiles. Il souligne l'importance de décarboner le mix énergétique français par le développement des énergies renouvelables et nucléaires, tout en présentant des avancées en recherche et innovation. Le texte évoque également les enjeux de stockage d'énergie et les nouvelles générations de réacteurs nucléaires pour une gestion durable des déchets radioactifs.

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

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

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

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

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

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

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

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

9. L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE
Enjeux des nouvelles générations de réacteurs nucléaires
Amélioration de la sûreté des réacteurs
Optimisation de la ressource uranium naturel
avec une valorisation optimale de l’uranium
extrait,
Possibilité de consommer le plutonium produit
par le parc avec recyclage total des matières
énergétiques contenues dans les combustibles
usés des Réacteurs à Eau Légère (REL) ou des
Réacteurs à Neutrons Rapides (RNR),
Possibilité de réduction de l’inventaire des
déchets de très haute activité et à vie longue (un
million d’années) par recyclage des actinides
mineurs dans le cadre de la loi du 28 juin 2006 sur
la gestion durable des déchets et matières
radioactives, 3 avril 2013 | 9

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

20. LES ÉNERGIES RENOUVELABLES
Application au bâtiment et à l’efficacité énergétique
Couplage entre des moyens expérimentaux en conditions réelles ou simulées, des
bâtiments démonstrateurs et une plateforme numérique multi échelle pour :
Développer et fiabiliser les outils de conception et de gestion du bâtiment (bâti /
composants / systèmes)
Créer des méthodologies de diagnostic de performance énergétique alliant
instrumentation et simulation
Générer les moyens nécessaires à la garantie de résultats en
prenant en compte l’impact du comportement des personnes
Efficacité énergétique
Isolation, conception de nouveaux composants
Électronique & éclairage basse consommation
Intelligence, capteurs…
Réseaux domiciliaires
 Des consommation d’électricité stable ou en
baisse sauf pour les usages Multimédia
(audio-visuel, informatique)
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21. LES ÉNERGIES RENOUVELABLES
Biocarburants : contexte de consommation de pétrole en France
3 avril 2013 | 21

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

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

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

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

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

27. UN EXEMPLE D’INTÉGRATION DE PLUSIEURS TECHNOLOGIES
GÉNÉRIQUES DANS LE DOMAINE DE L’ÉNERGIE : LE VÉHICULE
ÉLECTRIQUE
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28. CONCLUSION
Le déploiement des énergies renouvelables et le scénario d’un nucléaire durable
Déploiement énergies renouvelables
1970 1990 2010 2030 2050 2080
Generation I Scénario nucléaire
Generation II, allongement de la durée d’exploitation des centrales
Déploiement Generation III TM
Generation IV (ASTRID)
Fusion (ITER)
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29. CONCLUSION
Le véritable défi national est bien la substitution des énergies fossiles, par des énergies
renouvelables, sous réserve d’améliorer fortement leur compétitivité économique, et
nucléaire, dont les fondamentaux restent toujours d’actualité (Pas de CO2, excellente
compétitivité du parc, haute performance de l’industrie nationale, R&D forte)
Les enjeux économiques auxquels nous sommes confrontés nécessitent des
développements scientifiques et technologiques dans le domaine des énergies nucléaires
et des énergies renouvelables pour :
Réduire les émissions de CO2
Contribuer à l’activité économique et à l’emploi
Contenir les hausses du coût de production de l’énergie
Limiter la pression sur les ressources
 Tous ces objectifs nécessitent des progrès techniques d’ampleur et donc une R&D
d’excellence
Les énergies nucléaire et renouvelables seront des composantes essentielles dans le mix
énergétique national et mondial
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30. Merci de votre attention
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