Aspects méthodologiques pour la mise en œuvre de la stratégie de recherche

• Nécessité d’une approche système • Capitalisation sur les sciences de base pour l’énergie pour imaginer les technologies de

demain et préparer les révolutions technologiques.

Sources d’énergie = offre

Nucléaire Fossiles

Géothermie Solaire EMR

Hydraulique Éolien

Biomasse

Usages = demande

• Bâtiment

MobilitéSystème urbain

• Industrie

Adéquation (optimisation système)Smart-grids

StockageVecteurs flexibles, interconversion

Aspects méthodologiques

2

• Le scénario « Sobriété renforcée » suppose de recourir massivement au captage du CO2, pouvant conduire à son stockage ou à sa valorisation

• Le scénario « Décarbonisation par l’électricité » exige de disposer de moyens de stockage réversible de l’électricité de très grande capacité

• Le scénario « Vecteurs diversifiés » table sur un recours à des vecteurs énergétiques flexibles

Biomasse (liquide) de seconde génération, Vecteur gaz, produit si possible sans recours aux fossiles

(biogaz, hydrogène, méthane), Récupération de la chaleur fatale (cogénération nucléaire en particulier).

Révolutions technologiques à introduire (« game changers »)

Capitaliser sur les sciences de bases pour les transformer en concept en rupture pour l’énergie

- Modélisation et simulation multi-échelle et multi-physique• des matériaux et des surfaces • des systèmes énergétiques• des processus d’échange d’énergie.

- Matériaux innovants- Caractérisations avancées pour les systèmes énergétiques- Maîtrise des phénomènes quantiques pour l'énergie- Systèmes bio-inspirés - Catalyse- Sciences des systèmes complexes et dynamiques des systèmes {à finalité énergétique}

- Sciences humaines (psycho-sociologie) : ergonomie, appropriation des technologies,comportements des consommateurs …- Sciences économiques (anticipation des marchés, modèles économiques)

• L’énergie n’est pas une discipline, c’est un domaine pluridisciplinaire par essence, devant faire dialoguer plusieurs disciplines

• Structuration d’une communauté des sciences de base sur l’énergie• Approche « bottom-up »• Organisation de réseaux de recherche, veille active, captation de la valeurde la recherche fondamentale pour en faire des preuves de concept,des concepts innovants pour l’énergie

Préparer les révolutions technologiques nécessaires à la transition énergétique et à

l’atteinte du facteur 4 sur les émission de CO2

Energy Frontier Research Centers (EFRCs), USA

« Don’t forget Long Term Fundamental Research in Energy» (Whitesides, SCIENCE, 2007)

• Sciences des matériaux et ingénierie

• Chimie, géosciences et biologie

• Grands instruments et plate-formes

Réseaux « Hubs » de recherche : Intégration de compétences sur un domaine- Joint center for artificial photosynthesis- Joint center for energy storage research

{synthèse de matériaux, modélisation, Caractérisation, calcul, théorie}

Quelques expériences intéressantes : USA (EFRCs)

Programme Basic sciences for Energy (high risk, high reward research)

- La présence de hauts champs magnétiques inhibe les propriétés de supraconductivité

- Difficulté majeure (barrière) pour construire des moteurs ou des génératrices plus puissantes → machines électriques pour les éoliennes

- Utilisation de fils supraconducteurs ultraminces ou en film mince de supraconducteursdans lesquels est inséré un réseau de trous nanostructurés→ restauration des propriétés supraconductrices à haut champ magnétique

Nature communication, 2013[Argone National Laboratory]

Champ de supraconductivitéautour de trous nanostructurés

Un exemple de rupture : les supraconducteurs (à haut champ magnétique)

SP 1

Nou

veau

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SP 2

Mod

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nm

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SP3

Car

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A- Photosynthèse artificielle

B- Matériaux en conditions extrêmes

C- Récupération de la chaleur à BT

Outils

D- Autres domaines émergents…

Applications

Programme conjoint AMPEA

Une fertilisation des sciences de basepar des applications

- Alignement des politiques nationales- Feuilles de route communes, partaged’infrastructures de recherche- Participation aux AAP d’H2020

Concept de « feuille artificielle » 

MatériauEauSoleil H2

Un exemple de structuration d’une communauté à l’échelle européenne : la photosynthèse artificielle

Combustible(piles à combustibles)

AMPEA

Systèmesmoléculaires

Systèmes bio-inspirés

Systèmes à l’état solide

Matériaux innovants

ModélisationSimulation

Caractérisation

avancée

Physico-chimie, photocathalyse, biologie, bio-physique

H2

AMPEA

Une nécessaire approche système

MatériauxEx- polymère conducteur

de la chaleurRéseaux de chaleur

Verrous non-technologiques- interdépendance- modèle

économique

Procédés de

fabricationUsage final

de la chaleur

Ville

Ecoparcs

Concepts innovants

Ex- Un échangeur de chaleur

Mécanique des fluidesThermique

ModélisationOptimisation

Merci de votre attention