Clefs n°61 Printemps 2013
Clefs n°61 Printemps 2013
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°61 de Printemps 2013

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 108

  • Taille du fichier PDF : 5,8 Mo

  • Dans ce numéro : les énergies bas carbone.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Les énergies bas carbone 2000 nW MIES-F4 sN+S Enerdata Syrota-MEDPRO MIES-F4 RCogN MIES-F4 Séquest MIES-F4 Nuke MIES-F4 H2 Syrota-MARKAL Figure 4. Le mix énergétique primaire français en 2050 selon différents scénarios, avec un objectif de division par 4 des émissions de GES : • 2000 : situation du mix en 2000.• nW : scénario établi par négaWatt pour le Gouvernement en 2006, basé sur le non-renouvellement des centrales nucléaires, la sobriété et l’efficacité énergétiques, et le déploiement des EnR.• MIES : exercice mené par Pierre Radanne pour la Mission interministérielle sur l’effet de serre (MIES) en 2004, selon cinq scénarios. MIES-F4 sN+S : sortie du nucléaire avec séquestration du gaz carbonique (CO 2) ; MIES-F4 RCogN : équilibre entre le recours au nucléaire et le développement de la cogénération et des EnR ; MIES-F4 Séquest : développement de la séquestration du CO 2 ; MIES-F4 Nuke : développement accru du nucléaire et pénétration de l’électricité dans tous les usages, y compris les transports ; MIES-F4 H2 : mise au point d’une filière hydrogène alimentée par des centrales nucléaires.• Enerdata : dans ce scénario établi par Enerdata pour le Gouvernement en 2005, les émissions continuent de croître jusqu’en 2030 puis décroissent d’autant plus par la suite. Cette étude illustre une trajectoire post-Grenelle.• Syrota-MEDPRO et Syrota-MARKAL : étude remise au Gouvernement en 2007 par une commission du Centre d’analyse stratégique présidée par Jean Syrota, s’appuyant sur les modèles MedPro (couplé à POLES) et Markal-Times. matériaux de construction sources d’énergie• énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole)• énergie fissile (uranium, thorium...)• énergies renouvelables (vent, soleil, bois, énergies marines...) 1 2 matériaux stratégiques mix 2050 souhaité apport de la R&D 10 CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 nucléaire charbon pétrole gaz EnR 0 50 100 150 200 250 300 350 volume d'énergie primaire (Mtep) La figure 4 présente les tendances traduites par divers exercices de modélisation visant au respect de l’objectif « facteur 4 » par la France en 2050 (5). Ces scénarios indiquent que des chemins assez contrastés peuvent permettre d’atteindre les buts fixés, ceci sous contrainte de la technologie disponible et des 2 R&D efficacité innovation 4 design coût technologie rendement service 3 normes fiscalité (taxes, ETS...) CIRED pénétration économique du marché 5 croissance, emploi 3 analyse des technologies-clés et de leurs feuilles de route 4 prospective maturité/coût comportements des agents économiques, principalement. Encore faut-il aussi que ces scénarios soient économiquement acceptables. Le rôle central de la R&D Dans les conclusions de son rapport (6), rendu en février 2012, la Commission Énergies 2050 pointe le rôle de la R&D dans l’évolution du mix énergétique français. Selon cette commission, il est impératif de se donner, grâce à la R&D, des marges de manœuvre pour des technologies qui deviendront matures à partir de 2030. L’une des clés du succès réside dans la mise au point de nouvelles filières d’excellence et la préservation de celles qui sont fortes aujourd’hui. La R&D et la formation constituent deux autres clés. La R&D apparaît donc comme une voie essentielle, pour des raisons qui vont de la disponibilité opérationnelle de nouvelles technologies à l’importance stratégique, pour le pays et l’Europe, de développer en propre des technologies innovantes, porteuses de croissance et d’emplois (figure 5). Ces préoccupations sont au cœur des recherches du CEA dans le domaine de l’énergie. Ses travaux de R&D sont en effet presque exclusivement tournés vers des technologies non fossiles, telles que l’énergie nucléaire, l’énergie solaire ou encore l’utilisation de la biomasse et les techniques de l’hydrogène, sans oublier le stockage de l’énergie et la gestion des réseaux. L’action du CEA consiste ainsi à tracer la route d’un futur décarboné de façon ouverte, avec un objectif très ambitieux pour les décennies 2030-2050, voire au-delà avec la fusion en complément du nucléaire de 4 e génération. Elle s’inscrit dans une vision du système énergétique global, en déployant des moyens importants état de la filière industrielle (5) Sandrine MATHY, Meike FINK et Ruben BIBAS, « Quel rôle pour les scénarios Facteur 4 dans la construction de la décision publique ? », Développement durable et territoire, Vol. 2, n°1, 2011. Téléchargeable à l’adresse : http://www.imaclim.centre-cired.fr/IMG/pdf/20110924-MathyFinkBibas- RoleF4ScenariosInPublicDecisionMaking.pdf. (6) Jacques PERCEBOIS et Claude MANDIL, « Rapport énergies 2050 », 2012. Téléchargeable à l’adresse suivante : http://www.strategie.gouv.fr/content/rapport-energies-2050. concurrence mix énergétique mondial mix énergétique français 1 TWh/tep euros gaz à effet de serre degré de dépendance• énergies fossiles• matériaux rôle de l’État sobriété demande énergétique• industrie• résidentieltertiaire• transports 5 choix des procédés selon le tissu économique Figure 5. Interrelations entre R&D et mix énergétiques. Ce schéma présente le rôle de la R&D dans le processus d’élaboration du mix du futur. Elle se situe à la racine des évolutions technologiques du système énergétique et compte aussi pour partie au rang des leviers dont disposent les Pouvoirs publics pour promouvoir la progression vers le mix objectif souhaité. I-tésé/CEA
en soutien à la maîtrise de la demande d’énergie et à la gestion des flux et de l’information (conduite de procédés, smart grid...). Elle permet enfin de tirer avantage des synergies possibles entre les différentes énergies bas carbone, en particulier le nucléaire et les EnR : gestion de l’intermittence, optimisation des stockages via l’hydrogène ou les biocarburants, amélioration du cycle de vie du solaire photovoltaïque grâce à un raffinage du silicium des cellules par électricité nucléaire... Si le rôle de la R&D est largement reconnu, sa quantification demeure néanmoins l’un des grands défis de cette période. Des travaux bénéficiant de nouveaux modèles sont en cours. Ils n’ont pas encore délivré tout leur potentiel. Une indispensable évaluation économique des choix énergétiques La durabilité évoquée précédemment comprend un fort axe économique. Une technologie n’aura de chance de se développer que si son coût devient à terme suffisamment bas pour être accepté à tous les niveaux de la société, que ce soit directement, en minimisant les charges des ménages et des entreprises, ou de façon indirecte, en minimisant l’impact sur la balance commerciale du pays. En prenant en considération le coût de l’électricité (par exemple en MWh), il apparaît que ce dernier varie de manière importante selon le scénario de mix électrique choisi (figure 6). L’importance de l’évaluation technico-économique a amené le CEA à créer l’Institut de technico-économie des systèmes énergétiques (I-tésé). Cet institut dédié dispose de la capacité de construire et d’évaluer des mix contrastés, dans une perspective de court et surtout de moyen et long termes. Un de ses axes prioritaires est une meilleure prise en compte du rôle de la R&D dans l’élaboration puis dans l’atteinte du jeu de mix idéaux/objectifs du pays. Le débat national sur la transition énergétique mis en place par le Gouvernement, qui a fait suite à la première Conférence environnementale des 14 et 15 septembre 2012, a été lancé le 29 novembre 2012. Énergie électrique et émissions de CO 2 Le secteur de l’électricité est, avec les transports, l’un des grands émetteurs de gaz à effet de serre (GES) dans le monde. Les centrales à charbon sont les plus polluantes charbon fioul gaz photovoltaïque éolien hydraulique nucléaire 18 7 2 70 950 750 400 100 coût (2011/MWh) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 prolongement du nucléaire historique EPR accéléré sortie partielle du nucléaire Figure 6. Cet exemple, emprunté au rapport de la Commission Énergies 2050 (6), illustre une des logiques constitutives des choix de mix par les Pouvoirs publics. Divers scénarios de mix électrique en 2030, pour un environnement économique donné, ont été évalués. Le critère pris en compte est celui du coût moyen actualisé du MWh produit. Pour le gaz carbonique (CO 2), le coût de la taxe ou d’ETS (European Union Emissions Trading System) s’élève à 50 euros par tonne. Le rapport entre les coûts du MWh est presque de 2 entre le choix de prolonger la durée d’exploitation du nucléaire historique et celui de développer un parc fortement constitué de technologies bas carbone, sans le nucléaire. Les choix comme la dynamique jouent un rôle central : l’arrêt rapide des réacteurs nucléaires actuels ne permet, dans ce scénario, ni de tirer avantage d’EnR compétitives, car le renouvellement a lieu trop tôt, ni de bénéficier massivement de synergies entre EnR et énergie nucléaire, cette dernière n’étant plus utilisée. Il a été structuré en trois étapes : une phase d’information, une phase de consultation du grand public « au plus près des citoyens » qui se déroulera jusqu’en juin 2013, une phase de synthèse et d’élaboration de recommandations qui aboutira à un projet de loi de programmation à l’automne 2013. Dans le cadre de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (Ancre), les experts du CEA ont pour mission de proposer et de caractériser des scénarios sur les trajectoires possibles pour la transition énergétique. > Jean-Guy Devezeaux de Lavergne Institut de technico-économie des systèmes énergétiques (I-tésé) Direction de l’énergie nucléaire CEA Centre de Saclay avec 1 kg de gaz carbonique (CO 2) par kWh produit, deux fois plus que le gaz, communément utilisé en cogénération. Alors que le nucléaire et les énergies renouvelables 150 directes indirectes 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 émissions de CO 2 (g/kWh) 50 sortie du nucléaire EnR fortes sortie du nucléaire fossile fort CO2 éolien solaire photovoltaïque EnR autres thermique classique (charbon, gaz principalement) nucléaire nouveau nucléaire historique n’émettent pas de CO 2 en fonctionnement, une analyse de leur cycle de vie montre qu’ils consomment de l’énergie, principalement au cours de la phase de construction. Les émissions, dites indirectes, sont évaluées et ramenées à la production électrique fournie tout au long de la durée de vie de la centrale. En France, le secteur de l’électricité est peu carboné grâce à une production essentiellement à partir d’énergie nucléaire (à 75% ; émission de 2 g/kWh de CO 2) et d’énergies renouvelables (à 14% ; émission de 7 g/kWh de CO 2 pour l’hydraulique par exemple). > Henri Safa Direction scientifique Direction de l’énergie nucléaire CEA Centre de Saclay CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 Commission Énergies 2050 11



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