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L’action Energie du CNRS
Alain DolletDirecteur Adjoint Scientifique « Energie »
CNRSInstitut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes
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Les grands programmes 1er choc pétrolier: renforcement des recherches sur l'Energie
A partir de 1973: Programmes Interdisciplinaires de Recherche (PIRDES, PIRSEM, ECOTECH, ECODEV) avec des priorités sur le solaire, les procédés énergétiques, la combustion et les moteurs.1997: Programme PACE (loi Bataille sur les déchets nucléaires), puis PACEN (2007)2001: ACI "Energie" (avec Ministère), puis PIE2012: DEFI NEEDS (« suite » de PACEN). Nouvelle action Energie
L’énergie au CNRS en 2012, c’est:- Des équipes de recherche des 10 instituts du CNRS, impliquées sur l’ensemble des thématiques liées à l’Energie.- Un effort annuel de 300M€ et >> 2000 ETP (chercheurs CNRS & Université) issus de plus de 200 laboratoires
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Le CNRS et l’Energie: quelques rappels
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Contexte national et international 2012
Situation internationale- Raréfaction des ressources énergétiques fossiles: exploitation de gaz de roche-mère ou relance du nucléaire dans certains pays (avant Fukushima)- Réchauffement climatique et émission de GES: création du GIEC (1988), protocole de Kyoto (1997, appliqué en 2005), conférences internationales annuelles sur le climat, engagements pour réduire les émissions de GES
Situation européenne- SET-Plan (2007) et Paquet Energie-Climat (2008), objectif 3x20, facteur 4
Situation nationale- Loi POPE (2005), Grenelle de l’environnement, SNRE (2007), engagement de la France sur 3x20 et facteur 4, débat sur la transition énergétique (2012)
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Les alliances en Energie
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European Energy Research Alliance
ü Créée en octobre 2008 (SET-Plan)ü 15 fondateurs : organismes de
recherche européens (France: CEA)
ü Plus de 2000 experts issus de 150 centres de recherche.
Alliance Nationale de coordination de la Recherche pour l’Energie
ü Créée en juillet 2009 (POPE, SNRE)ü 4 fondateurs : CEA, CNRS, IFPEN, CPU
+ 15 membres associés (+ 14 pôles de compétitivité partenaires)
ü Plus de 300 experts
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Les alliances en Energie
5www.eera-set.eu
13 Joint Programs- Photovoltaic, Wind Energy, Smart Grids, Geothermal- Carbon Capture & Storage, Materials for Nuclear, Bioenergy- Concentrated Solar Power, Ocean Energy- Smart Cities, Advanced Materials Processes for Energy Applications, Energy Storage, Fuel Cells and Hydrogen
nouveaux programmes à venir
10 groupes programmatiquesGroupes ressources: Energies de la biomasse. Energies fossiles & géothermiques. Energies nucléaires. Energies solaires. Energies marines, hydrauliques & éoliennes.Groupes usages: Transports. Bâtiments. Industrie & agricultureGroupe transversal: Coordination, synergie programmatique, prospective.Groupe d’interface : Stockage & réseaux.
http://www.allianceenergie.fr/
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Quelques chantiers de l’ANCRE en 2012
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Stratégie Nationale de Recherche en Energie (SNRE)Participation aux travaux du secrétariat permanent (DGRI+DGEC) avec l’ADEME - Fiches « filières » : état de l’art/verrous/compétences par domaine - Articulation des travaux avec le débat sur la transition énergétique - Contribution à l’élaboration d’un agenda stratégique sur Energie avec la DGRI
Groupe de travail « Scénarios 2050 » mis en place par l'ANCRE à la demande de D. Batho pour contribuer au débat.
Lancement du CVT (consortium de valorisation thématique) ANCRE. Priorité: grandes études stratégiques et identification de projets à forts potentiels de valorisation.
Elaboration de rapports/programmes sur de grands sujets (ex: Roches-mères)www.allianceenergie.fr
Création d’un Groupe de Travail commun « SHS-Energie » avec l’Alliance ATHENA
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L’Action Energie du CNRS et l’organisation
ü 2012: Fin des PIR. Mise en place d’une action coordonnée par INSIS
ü INSIS = Point d’entrée du CNRS pour l'Alliance ANCRE
ü Création d’une "cellule Energie"- Concertation entre les instituts- Actions concertées avec la MI (PEPS, DEFI…)- Amélioration de la coordination et de la lisibilité des recherches du
CNRS- Animation de la communauté scientifique Energie- Soutiens et AAP ciblés- …
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La cellule et les correspondants Energie
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Correspondants Energie des InstitutsINSIS (Coordination) : Alain Dollet
INP : Fabrice ValléeINSB : Thierry Gaude IN2P3 : Alex Mueller
INC : Gerald Pourcelly INSU : Bruno Goffé
INSMI : Philippe HelluyINSHS : Sandra Laugier INEE : Sylvain Lamare
INS2I : Raja Chatila
Cellule Energie (INSIS)
Alain DOLLETDirecteur Adjoint Scientifique
Pascal BRAULTDélégué ScientifiqueVirginia FREY Chargée de projetRomie LOPEZChargée de projet
Claudine SCHMIDT-LAINEDirectrice de l’INSIS
Représentent le CNRS au comité de coordination de l’ANCRE. Lien avec les autres instituts et avec les animateurs CNRS des GP de l’ANCRE.
Echange d’informations. Discussion sur la stratégie. Elaboration d’actions conjointes. Liens avec les groupes programmatiques de l’ANCRE et avec la communauté scientifique.
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Préparation et coordination des actions
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Groupes programmatiques
Correspondants Energie des instituts
ComCord
CNRS Energie
DAS Interdisciplinaires
COPILCellule Energie
CNRS MI
Actions scientifiques
internes
DEFI, PEPS,
…
CEAIFPENCPU
Autres partenaires
Groupes de Travail « Energie »
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Les chantiers et actions 2012
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Actions de fond. Structurationü Renforcement implication/coordination dans les alliances (ANCRE, EERA).ü Création d'un groupe des correspondants Energie des institutsü Groupes de travail thématiques Energie (14 GT)ü Participation aux comités Energie (CCS – ANR Energie Durable, GTN, …)ü Liens avec Académie des Technologies
Soutiens et appels à projetsü Bourses de thèses cofinancées (5) en "Energie" (priorité FR ou GdR Energie)ü Projets de recherche exploratoire
- PEPS INSIS-INSHS avec la MI- PE à destination des FR, GdR ou réseaux
ü Soutien ponctuels à des GdR, FR (colloques, séminaires)
Action de communication et de diffusionü Colloque Energie CNRS - Académie des Technologies 2 Octobre 2012ü Ouverture d'un site web de la cellule "Energie"
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Nature NbrColloque Energie CNRS-AT 1GT/GP 15PE 18PEPS 5Projet Histoire de l'ES 1Soutien aux GdR, FR, etc 4Thèses 5Total général 49
Budget des actions 2012
Budget total 600 k€ (dont > 80% action Energie INSIS)
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Nombre de PE, PEPS, thèses, dans les thématiques
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Budget des PE, PEPS, thèses par thématique
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L'Energie solaire dans les actions 2012
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Thématiques Domaines PIE1 PIE2 PIE3CHAINE DU CARBONE Capture CO2 3 5 Stockage 1 Combustion 4 2 1 Ressources 3 3 3EFFICACITE ENERGETIQUE Industrie 10 19 2 Résidentiel, tertiaire 3 13 1ELECTRICITE PROPRE Géothermie 1
ENERGIE SOLAIRE
Photovoltaïque 8 10 5Solaire concentré 2 2Thermoélectricité 3 3
8 15 10NUCLEAIRE Nucléaire 2 2 PILE A COMBUSTIBLE PAC 8 6 3 Biopiles 2SOCIO ECO Socio économie 5 8 4VECTEURS Chaleur : stockage, transport, réseaux 1 3 Electricité : stockage, transport, réseaux 6 7 4
Hydrogène : production, stockage, transport 11 11 2
Total général 65 95 32
Rappel: les projets des PIE
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ELECTRICITE PROPRE33 projets énergie solaire(1 projet géothermie)
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• Projet historique du PIE et du Comité pour l’histoire du CNRS, avec le soutien de la MI et de la Cellule Énergie de l’INSIS, mené par Denis Guthleben, historien
• Réunir et valoriser les archives de cette histoire, mais aussi les témoignages.
• Mettre ces documents à la disposition des historiens, des chercheurs du domaine, ainsi que du public désireux de connaître l’histoire de ces recherches.
• Ce projet donnera naissance à un ouvrage qui permettra de mettre en perspective les recherches actuelles dans le domaine
Le projet pour l’Histoire de l’Energie Solaire
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• en ligne au fil des entretiensActualités19 juillet 2012 :D. Lincot, Dir IRDEP 20 juin 2012 : Pierre Papon, DG du CNRS,
1982 à 1986
Chronologie évolutive des recherches sur les énergies solaires en France età l’international
Le site web
Actualités
Ressources
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PEPS Energie INSIS-INSHS avec la MI
1- Evolution du mix énergétique : enjeux sociaux & économiques, place des EnRObjectif: Evaluation sociale et économique de différents scénarii d’évolution du mix, notamment production d’électricité et transports.2- Politiques publiques et NTEObjectif: Evaluation des politiques publiques de développement à grande échelle des EnR et de réduction des GES.
5 projets lauréats:Titre du projet Responsable (unité) Institut porteurECOTRANS P. Quirion (CIRED) INSHSPerceptions des énergies renouvelables J-F Portha (LRGP) INSISPile à Combustible et Représentations F. Picard (FC-Lab) INSISIncitations et contraintes à la diffusion des nouvelles technologies de l’énergie (NTE)
P. Criqui (LEPII/EDDEN)
INSHS
Politiques énergétiques : Réseaux, territoires et environnement
S. Velut (CREDA) INSHS
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Les Groupes de Travail "Energie"
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GT1 - Biomasse & BioénergiesGT2 - Energies Fossiles et GéoressourcesGT3 - Energies NucléairesGT4 - Energies solairesGT5 - Energies marines, hydrauliques et éoliennes
GT6 - EE dans les transports/ CombustionGT7 - Bâtiments et Ville
GT8 – Efficacité énergétique dans les procédés et l’industrie
GT9 - Sociologie et prospective économiqueGT11 - Capture et stockage du CO2GT12 - Matériaux et Procédés pour l’EnergieGT13 - Micro et nanotechnologies pour l’EnergieGT14 - Nouveaux dispositifs de génération d’énergie
GT10 - Vecteurs, Stockage et Réseaux
GP1 - Energies issues de la biomasse GP2 - Energies fossiles et géothermiques GP3 - Energies Nucléaires GP4 - Energies solaires GP5 - Energies marines, hydrauliques et éoliennes
GP6 – TransportsGP7 - Bâtiments
GP8 - Industries et agriculture
GP10 - Stockage et Réseaux
GP9 - Coordination, Synergies programmatiques et prospectives
Les Groupes de travail Energie du CNRS Les Groupes Programmatiques de l’ANCRE
Vecteurs
Usages
Transversaux
Sources
Missions GT Energie: identification thèmes émergents, actions coordonnées, expertises, diffusion, …
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Le site web de la cellule Energie du CNRS
http://www.celluleenergie.cnrs.fr
Le colloque en ligne
Objectifs des pages:
- Point d'entrée vers les activités Energie du CNRS- Informations scientifiquesInformations institutionnelles- Ressources- Etc
Animateurs de GT participent à la mise à jour
Gestion du site : R. Lopez
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Actions envisagées en 2013
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Vers les sciences humaines et socialesü Participation accrue des sociologues et économistes dans les programmes Energieü Aide à la structuration d'une communauté "Energie" au sein de l'INSHSü Colloque sur sociologie de l'Energie ?
Soutiens et appels à projetsü Bourses de thèses cofinancées en "Energie" (si possible)ü Projets de recherche exploratoire (modalités à définir)ü Mise en place d'un grand DEFI sur l'Energie avec la MI (en cours)
Partenariats/coopérationü Liens avec Académie des Technologies (GT, travaux et ouvrages en commun?)ü Renforcement participation dans l'EERA. Coopérations internationales en Energie
Diffusionü Mise à jour du web de la cellule "Energie"ü Création d'une brochure et d'une lettre d'information.
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Transition Energétique: Ressources, Société, Environnement
Contexte national et international:
ü Réchauffement climatique
maîtrise nécessaire des émissions de GES
ü Raréfaction des ressources d’énergie fossile
nouvelles ressources
ü Grenelle de l’Environnement, débat en France sur la transition énergétique, discussions internationales
part croissante des EnR
efficacité énergétique accrue
réduction d'un facteur 4 des émissions de GES à l'horizon 2050
Ambition du DEFI:
Explorer de nouvelles voies et proposer des solutions scientifiques et technologiques originales susceptibles d’apporter à terme des réponses au défi de la transition énergétique
2013: Projet de DEFI « Energie » avec la MI
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2013: Projet de DEFI « Energie » avec la MI
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Objectifs et originalités du DEFI: ü Logique intégrative: problématique abordée dans sa globalité, avec examen
systématique des conséquences sociales et politiques publiques, des impacts environnementaux et de la disponibilité des ressources.
ü Recherches à fort caractère exploratoire, aux interfaces, peu ou pas soutenues par les agences de financement
ü Examen de la crédibilité des solutions proposées (étude prospective)ü Utilisation d’outils & de principes de l'économie circulaire : analyses de cycle de vie
(ACV), bilans carbone, étude des effets sur la biodiversité et la santé…
→ Concerne les 10 instituts du CNRS
OrientationsDifférentes filières énergétiques possibles (Solaire, Biomasse, …), mais problématiques abordées par les vecteurs (électricité, chaleur & froid, biocarburants, hydrogène,…) avec accent sur Stockage et Réseaux (dont Smart-grids)
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2013: Projet de DEFI « Energie » avec la MI
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Quelques thèmes mobilisateursü Ressources primairesü Systèmes biologiquesü Recyclage et substitution des éléments rares ou toxiques,ü Enjeux environnementaux et sociétaux, implication des citoyens dans les choix publics
(ex: évaluation environnemental stratégique)
3 grands axes d’investigationü Le sous-sol : fabrique d'un bien commun, ressources, société, environnementü Les nouvelles technologies: évolution des usages et des comportements (ville, industrie,
transports, mobilité)ü Le développement et l’intégration des EnR dans le mix énergétique
et 1 axe transversal: Etude économique prospective (propositions les plus pertinentes)
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2013: Projet de DEFI « Energie » avec la MI
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Budget annuel : > 450 k€ (projets exploratoires et projets fédérateurs)
Durée: 5 ans
Attendus et critères pour les projetsü Originalité, recherche en rupture, prise de risquesü Projets fortement interdisciplinaires, impliquant au moins 3 Instituts (condition pour PF)ü Solutions crédibles pour la transition énergétique (à démontrer):
- avantages sur le plan sociétal- impact environnemental minimal (risques, pollution, empreinte carbone…)- gestion des ressources (disponibilité, toxicité MP, recyclage)
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2013: Projet de DEFI « Energie » avec la MI
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Solaire PV: les limitations en matière concernent toutes les technologies, pas seulement à cause du matériau actif (In, Te), mais aussi à cause du substrat (Ge, GaAs) ou de l'électrode (Au, Ag, In)
A. Feltrin, A.Freundlich, Renewable Energy 33 (2008)
180–185
- Cellules ultra-minces- Conversion dans des conditions de forte densité
d'énergie (au delà du MW/cm3), sous forte concentration
- Substitution de certains éléments: ex pour l’Indium dans CIGS: développement d’un absorbeur sans indium, en remplaçant chaque couple d'atomes d'indium par un couple zinc-étain (projet NovACEZ)
- Cellules solaires à base de matériaux naturels (minerais ou produits issus d'une activité biologique) intégrant disponibilité et recyclabilité, avec une réduction forte de l'empreinte écologique de la filière
nouvelles voies de recherche
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Les nouvelles structures CNRS en Solaire
Fédérations de rechercheü Fédésolü Fed-PV à l'origine de l'IEED IPVF
organisateur des JNPV
Infrastructuresü SFERAü A-Dream
Laboratoire internationauxü LIA Next PV
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Fédération de Recherche en Energie Solaire
6 enjeux LilleLOA
StrasbourgInESSMulhouseLGRE
LyonCETHILINLChambéryLOCIEGrenobleLEPMI/LMOPSPACTESIMAP
MarseilleIM2NP
Perpignan OdeilloPROMES
PauSIAME
BordeauxI2M
NantesCEISAMCERMAGEPEAIMNLTN
Paris/Ile de FranceCEP/Mines ParistechCIRED LPICMILV LPNIRDEP LGEP/Supélec
Sherbrooke(Canada)LN2
Clermont-FerrandINSTITUT PASCAL
AlbiRAPSODEE
28 laboratoires1 Mieux connaître la ressource2 Augmenter la disponibilité de l’énergie dans le temps et dans l’espace3 Améliorer le rendement de conversion (aspects physiques et économiques)4 Assurer la durabilité, le vieillissement et l’analyse du cycle de vie5 Vectoriser l’énergie solaire6 Réaliser une analyse socio-économique de l’énergie solaire
Objectifs- Création d’un espace d’interdisciplinarité- Coordination des recherches, fédération du potentiel humain, optimisation des moyens - Visibilité internationale accrue- Capacité d’expertise scientifique accrue- Transfert et valorisation de connaissances
WWW.fedesol-cnrs.frToutes technologies solaires27
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Fédération de Recherche Photovoltaïque
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7 laboratoires 4 filières et 4 axes transverses
fedpv.cnrs.frCellules solaires en couches minces et très hauts rendements photovoltaïques
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Infrastructure européenne en solaire concentré
Accès gratuit à 5 PTF de Recherche CSP
SFERA: Solar Facilities for the European Research Area. 2009-2013
Transnational Access Activities
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Infrastructure européenne en solaire concentré
PROMES (Odeillo)
Centrale solaire à tour deThémis(5-10 MWth)
11 installations de taille moyenne (2-6 kWth)
Système EuroDish : parabole-stirling (50 kWth)Le grand four solaire
(1 MWth)
Boicle cylindro-parabolique :150 kW avec stockage (2013, Equipex Socrate) 30
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Le batiment A-Dream (LAAS- Toulouse)
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Living-lab:
- Optimisation énergétique (Smart miniGrid)- BEPOS- intelligent- …
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Laboratoire International Associé Next-PV
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Université de Bordeaux Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques
(LCPO) Laboratoire d’Intégration du Matériau au Système
(IMS) Institut des Sciences Moléculaires (ISM)
FedPV: Institut de Développement sur l’Energie Photovoltaïque
(IRDEP) Institut Lavoisier Versailles (ILV)
Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces (LPICM)
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP)
RCAST: Okada Lab. Sugiyama Lab. Segawa Lab. Nakano & Tanemura
Lab.
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Laboratoire International Associé Next-PV
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High efficiency solar cellsConcepts and devices based on III-V heterostructures
Nanostructures to adapt optical properties while keeping lattice parameters constant Lift-off techniques, alternative architectures using e.g. dichroic mirrors
Hot carriers solar cells, intermediate bands solar cells… Modeling - Characterization
Organic and hybrid solar cellsDSSC with:
• semi-conducting oxide layers processed at low-temperature,• panchromatic dyes,• Solid or quasi-solid hole-transporting conjugated polymer
Nanostructured all-organic PV devices based on novel inverted cell geometries Electronic processes taking place at each interface by time-resolved spectroscopies
Thèmes de recherche
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Merci pour votre attention
