Développer les énergies de demain

Comprendre le climat et développer des solutions bas carbone

L’année 2023 a encore battu de tristes records climatiques. Les températures ont atteint des extrêmes inégalés depuis le début des mesures et, en France, il s’agissait de la deuxième année la plus chaude… après 2022.

Plusieurs régions ont connu des sécheresses prolongées, avec d’importantes conséquences sur l’accès à l’eau pour les habitants et les cultures. Ailleurs dans le monde, ce sont les cyclones et les précipitations intenses qui ont fait des victimes. Afin d’éclairer les décideurs et les citoyens, les recherches du CEA visent à comprendre et évaluer les impacts de ces changements majeurs. L’organisme participe notamment à l’élaboration des prédictions dans le cadre de scénarios internationaux d’émissions de gaz à effet de serre, en s’appuyant sur des observations des climats passés ainsi que sur la modélisation et la simulation grâce à de puissants moyens de calcul.

Transition vers les énergies bas. © kazuend

Technologies bas carbone

La transition vers les énergies bas carbone devient impérative pour répondre aux objectifs de réduction des gaz à effet de serre et de limitation du réchauffement à 2°C. Si le rôle du CEA dans le nucléaire est bien connu, l’organisme travaille également sur d’autres technologies bas carbone, en soutien des filières hydrogène et photovoltaïque ; sur l’éco-conception pour limiter l’impact des technologies ; et en s’ouvrant aux approches de la recherche en sciences humaines et sociales.

Faits marquants 2023

Scruter le climat
et les évènements extrêmes

Cette année encore, les chercheurs du CEA ont apporté leur expertise sur l’évaluation des impacts anthropiques sur le climat, contribuant aux travaux du Giec dont le 6^e rapport de synthèse a été publié en mars 2023. Ils participent également à l’initiative européenne ClimaMeter pour déterminer les liens entre évènements extrêmes, variabilité naturelle et changement climatique. Plusieurs travaux ont aussi porté sur l’Antarctique de l’Est qui a connu en 2022 une situation exceptionnelle, avec des températures très supérieures aux normales (écart de +30°C). Les régions polaires sont un point de bascule climatique qui pourrait accélérer l’élévation du niveau des océans d’ici la fin du siècle (jusqu’à plusieurs mètres) et modifier profondément la circulation océanique, conduisant à des effets régionaux très contrastés.

Sélection de plantes transgéniques sur milieu contenant un antibiotique. © P.Avavian/CEA

Le cycle du carbone,
un enjeu majeur

Mieux comprendre pour mieux décider et mieux agir : le cycle du carbone incarne bien l’approche du CEA sur les enjeux de transition climatique. Le CEA améliore sans cesse les modèles et participe à plusieurs publications internationales, par exemple pour quantifier les stocks de dioxyde de carbone (CO₂) piégés dans les arbres des régions sèches ou encore dans les communautés microbiennes des sols. À plus grande échelle, d’autres travaux alertent sur l’état de la biodiversité, des cultures, et sur le fait que le « budget CO₂ » restant est deux fois moins élevé que prévu.

Pour faire du CO₂ une ressource et non un déchet, les chimistes et biologistes du CEA travaillent à son utilisation comme matière première, avec l’objectif de fabriquer des molécules d’intérêt chimique ou énergétique de façon durable et circulaire.

Des NACRE pour piloter l’énergie

NACRE, ce sont les « nouvelles architectures de contrôle » : un projet conjoint entre le CEA et RTE pour mieux piloter les réseaux énergétiques, confrontés au double défi des énergies renouvelables – par essence intermittentes et non pilotables – et des usages aujourd’hui diversifiés de l’électricité. Grâce à l’expertise CEA en systèmes complexes, il s’agit d’explorer les possibilités des architectures de contrôle décentralisées et, in fine, de mieux répondre aux besoins des usagers et du système. Après deux ans de R&D, la plateforme NACRE est entrée en phase opérationnelle en 2023.

Bancs de tests d'intégration d'éléments photovoltaïques en toiture. © P.Avavian/CEA

Repousser les frontières
du solaire

Les panneaux photovoltaïques (PV) font partie de notre quotidien, mais la R&D foisonne toujours, pour améliorer leur rendement, favoriser leur éco-conception et leur recyclage, et développer de nouvelles technologies adaptées à leur déploiement sur de nouveaux espaces.

L’année a été particulièrement riche en résultats. Développées avec l’industriel Enel Green Power, les cellules tandem pérovskite/silicium ont battu record après record, jusqu’à atteindre un rendement de 28,4 % sur 9 cm². Le CEA a aussi noué une collaboration avec l’industriel Carbon, qui prévoit d’installer une giga-usine à Fos-sur-Mer (Bouches-du-Rhône). La start-up HeliUp, essaimée par le CEA, a quant à elle levé 10 millions d’euros pour commercialiser des panneaux PV ultralégers, qui s’adaptent au bâti déjà existant.

Pour favoriser les technologies bas carbone éco-conçues, les chercheurs du CEA ont mis au point un nouvel outil d’analyse du cycle de vie, EcoSPV, qui évalue l’impact environnemental d’une centrale solaire. Un démonstrateur de panneau silicium, présenté en début d’année, a aussi démontré un très bas bilan carbone, moitié moins que la concurrence chinoise. Enfin, les frontières du solaire ne s’arrêtent pas à la Terre : le CEA a développé des cellules silicium plus fines, plus résistantes et à bas coûts pour le « new space » et l’essor des petits satellites commerciaux.

Vue avant du dispositif EASI-Fuel du côté des cellules photo-électrochimiques intégrées. © A.Aubert/CEA

En pointe sur l’hydrogène

Premier ! Voilà la place du CEA dans les organismes de recherche en nombre de brevets déposés sur la thématique de l’hydrogène. Une pole position mondiale qui illustre bien à quel point la recherche sur ce sujet fait l’objet d’innovation dans l’organisme, qui copilote également le programme de recherche (PEPR) sur le sujet.

Pour s’inscrire comme une alternative viable et vertueuse aux énergies fossiles, l’hydrogène doit pouvoir être issu d’une énergie à faible empreinte carbone, comme le nucléaire ou les énergies renouvelables. Les équipes du CEA ont ainsi démontré la faisabilité d’une production durable et continue d’hydrogène extrait de l’eau par photo-catalyse. Et comme le développement d’une filière robuste ne s’envisage pas sans un lien étroit avec l’industrie, le CEA s’est associé à Engie R&I pour lancer à l’été la chaire industrielle « Prosper-H2 », soutenue par l’ANR, et développer des carburants durables à base d’hydrogène solaire. Sur une autre technologie, la co-entreprise Genvia, créée par le CEA, SLB (anciennement Schlumberger), Vicat et Vinci, avec le soutien de la région Occitanie, a lancé sa ligne pilote à Béziers (Hérault) pour fabriquer des électrolyseurs à haute température, un procédé made in CEA.