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La révolution viendra des nanomatériaux

PROPOS RECUEILLIS PAR THOMAS BLOSSEVILLE tblosseville@industrie-technologies.com
Depuis janvier, Jean Therme est le « monsieur énergies renouvelables » du CEA, un poste créé pour porter les nouvelles ambitions de l'organisme public de recherche. L'objectif ? Contribuer au développement, en France, des nouvelles technologies de l'énergie. Alors que l'Asie monte en puissance, Jean Therme fixe la feuille de route pour combler le retard tricolore dans le renouvelable. Il décrypte les innovations de rupture incontournables.

IT-La France possède une industrie nucléaire de pointe. Dans le renouvelable, est-elle vouée aux seconds rôles ?

Jean Therme : La France est clairement en position de rattrapage. Dans les années 1980, elle était leader mondial dans le photovoltaïque avec les États-Unis. Mais, contrairement au Japon et à l'Allemagne, elle n'a pas cru au renouvelable. Elle peut encore combler son retard. Pas dans l'éolien, déjà trop mature. Plutôt dans le solaire, la biomasse ou la pile à combustible. Il faudra aller vite. Désormais, l'Asie impose son rythme et sa production en grande série à bas coût. Chine, Corée du Sud, Taïwan... Même si des doutes subsistent sur leurs standards de qualité, ces pays vont rapidement monter en gamme. Tout se jouera dans les deux prochaines années.

IT-Dans cette course mondiale, la France a-t-elle les moyens d'innover ?

J. T. : La France manque de centres de recherche de dimension mondiale. Pour rivaliser avec les Fraunhofer allemands ou le laboratoire américain NREL, il faut atteindre une taille critique de 400 chercheurs. L'Institut national de l'énergie solaire, fondé à Chambéry en 2005, en compte déjà 200 et bientôt le double. La France devra créer des centres équivalents pour les autres technologies. Le grand emprunt national prévoit cinq à dix instituts d'excellence sur les énergies décarbonées. Le CEA sera candidat pour le solaire, la biomasse, le stockage de l'électricité, les véhicules électriques et hybrides.

IT-D'où viendront les sauts technologiques ?

J. T. : Pour s'imposer, la France devra industrialiser les composants coeurs, comme les batteries et les piles à combustibles. Mais, pour améliorer leurs performances, la révolution viendra des nanomatériaux : nanopoudres dans les batteries, nanofils dans les cellules solaires, nanocatalyseurs dans les piles à combustible, pour réduire la quantité de platine. Des innovations de rupture seront également incontournables au niveau système, en particulier dans l'habitat et les transports. C'est pourquoi le CEA aura des contributions depuis l'amont, les matériaux, jusqu'aux démonstrateurs, indispensables pour passer du prototype à l'usage grand public.

IT-Le CEA, père du nucléaire français, se détourne-t-il de l'atome ?

J. T. : Non, le CEA reste focalisé sur l'électricité sans émission de gaz à effet de serre. Mais cette année, sur décision de l'État, il a changé de nom. Il a été rebaptisé Commissariat à l'énergie atomique... et aux énergies alternatives. Aux côtés du nucléaire, les nouvelles technologies de l'énergie deviennent donc une mission officielle du CEA. Elles faisaient déjà l'objet de travaux de recherche. Mais cette métamorphose nous ouvre des perspectives de collaborations avec les industriels. Côté production d'électricité, le CEA explore deux voies, l'une centralisée avec le nucléaire et l'autre répartie avec le solaire. Nous n'irons pas dans l'éolien. Par contre, nous développerons des solutions pour adapter la production électrique à la demande. Les industriels, quel qu'ils soient, ont aussi souvent besoin d'améliorer l'efficacité énergétique de leurs produits ou de les alimenter en énergie décarbonée. Le CEA travaille, par exemple, sur l'utilisation de batteries lithium-ion dans les appareils nomades ou sur des volets automatiques communicants et autonomes en énergie.

IT-Les initiatives se multiplient aussi pour bâtir une industrie photovoltaïque française. Quelle technologie privilégier ?

J. T. : Face au standard en silicium cristallin, les couches minces émergent. Mais le silicium a encore un grand avenir. Il ne manquera pas de matière première et bénéficiera des retours d'expérience de l'électronique. De leur côté, les couches minces ont tout à prouver. Le tellure de cadmium soulève des craintes pour son impact environnemental. Le cuivre-indium-sélénium pour son approvisionnement. Ces différentes technologies n'auront de toute façon pas les mêmes débouchés. Les grandes toitures et les centrales au sol privilégieront les couches minces. Quant au silicium cristallin, il ira sur les habitations, où ses meilleurs rendements - entre 17 et 22 % - rentabiliseront des coûts d'installations plus élevés. Dans tous les cas, le principal défi sera de grappiller des pourcentages de rendement. En 30 ans, on a gagné seulement 5 %. Un sacré défi pour l'innovation !

IT-Les solutions de stockage de l'électricité seront-elles prêtes à temps pour déployer des énergies intermittentes ?

J. T. : Les batteries lithium-ion seront compétitives dans les trois ans. Elles seront utilisées pour stocker l'électricité durant 24 heures. Au-delà, pour des durées de l'ordre de la semaine, il faudra développer d'autres technologies. Le CEA privilégie par exemple la production d'hydrogène à l'air comprimé. Nous considérons aussi la biomasse comme une solution de stockage. Qu'elle provienne d'une source renouvelable ou non, l'électricité pourra en effet être utilisée pour gazéifier la biomasse et produire du biocarburant. Mais le stockage passera en grande partie par une gestion efficace du réseau. En optimisant le parcours des électrons en temps réel, le smart grid, ou réseau électrique intelligent, sera une forme de stockage instantané. Lui ne verra pas le jour avant dix à vingt ans. À elle seule, la première phase - le changement des compteurs électriques - demandera au moins sept ans.

IT-L'avènement de la voiture électrique est annoncé. Après un siècle d'essais avortés, pourquoi percerait-elle enfin ?

J. T. : La batterie lithium-ion est une vraie rupture technologique. Elle offre enfin de l'autonomie à la voiture électrique. Les constructeurs automobiles promettent la sortie de vingt à trente modèles dans les deux ans. Historiquement, les premières voitures auraient déjà pu être électriques. Mais pendant 100 ans, on est resté aux batteries au plomb. Le renouveau est venu de l'électronique portable, même si l'échelle y est totalement différente : 70 g de batteries, contre 250 kg pour une voiture. Coût, sécurité, fiabilité... La vraie batterie pour automobile reste certes à inventer. Sa densité énergétique est encore cent fois inférieure à celle de l'essence. Mais nous n'en sommes qu'à la première génération de voiture électrique. Ensuite, viendront de nouveaux concepts. L'automobile basse consommation sera deux fois moins lourde. Plus compacte, elle sera truffée de capteurs pour anticiper et éviter les accidents, plutôt que de leur résister. L'hydrogène est aussi promis à un grand avenir. Reste à savoir à quelle échéance...

SES 5 DATES

1990 Entre au CEA 1999 Prend la direction du CEA-Leti 2000 Devient directeur du centre CEA de Grenoble et lance le projet Minatec 2003 Devient, en plus, directeur de la recherche technologique du CEA 2010 Est nommé directeur délégué aux énergies renouvelables

CEA

Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Avec 16 000 salariés et 10 centres de recherche, le CEA intervient dans les énergies décarbonées, la défense, les technologies pour l'information et pour la santé. En 2009, son budget a atteint 4 milliards d'euros, dont 2,4 pour les programmes civils.

Biocarburants : cap sur la deuxième génération

À Bure-Saudron, dans la Haute-Marne, le CEA lance cette année un projet pilote pour produire 23 000 tonnes par an de biocarburants de deuxième génération. L'objectif sera de prouver la faisabilité technique et économique d'une chaîne complète : collecte puis conditionnement de la biomasse, gazéification, traitement des gaz et conversion en carburant. Après une phase d'étude en 2010, la construction de l'installation débutera l'an prochain pour une exploitation à partir de 2015. Comme matière première, le démonstrateur utilisera les ressources forestières et agricoles locales. Pour améliorer le rendement du procédé, il expérimentera l'introduction d'hydrogène lors de la synthèse de carburant. Outre le CEA, plusieurs industriels participent au projet, dont le maître d'oeuvre Cnim.

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