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

1. Aspects méthodologiques • Sources d’énergie • = offre • Nucléaire • Fossiles • Géothermie • Solaire • EMR • Hydraulique • Éolien • Biomasse • Usages = demande • Bâtiment • Mobilité • Système urbain • Industrie Adéquation (optimisation système) Smart-grids Stockage Vecteurs flexibles, interconversion • 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.

2. Révolutions technologiques à introduire (« game changers ») • 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).

3. 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)

4. 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 valeur • de 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

5. Quelques expériences intéressantes : USA (EFRCs) EnergyFrontierResearchCenters (EFRCs), USA « Don’tforget Long TermFundamentalResearch in Energy» (Whitesides, SCIENCE, 2007) Programme Basic sciences for Energy (high risk, high reward research) • 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 artificialphotosynthesis • Joint center for energystorageresearch • {synthèse de matériaux, modélisation, • Caractérisation, calcul, théorie}

6. Un exemple de rupture : les supraconducteurs (à haut champ magnétique) Champ de supraconductivité autour de trous nanostructurés Nature communication, 2013 [Argone National Laboratory] • 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 supraconducteurs • dans lesquels est inséré un réseau de trous nanostructurés • → restauration des propriétés supraconductrices à haut champ magnétique

7. SP3 SP 2 SP 1 Outils Modélisation multiphysique multiéchelle Nouveaux matériaux Caractérisation Programme conjoint AMPEA Une fertilisation des sciences de base par des applications A- Photosynthèse artificielle B- Matériaux en conditions extrêmes • Alignement des politiques nationales • Feuilles de route communes, partage • d’infrastructures de recherche • - Participation aux AAP d’H2020 C- Récupération de la chaleur à BT D- Autres domaines émergents… Applications

8. Un exemple de structuration d’une communauté à l’échelle européenne : la photosynthèse artificielle Concept de « feuille artificielle »  Soleil Eau Matériau H2 Combustible (piles à combustibles) AMPEA

9. AMPEA H2 Systèmes bio-inspirés Systèmes à l’état solide Systèmes moléculaires Physico-chimie, photocathalyse, biologie, bio-physique

10. Une nécessaire approche système Ex- Un échangeur de chaleur Matériaux Ex- polymère conducteur de la chaleur Ville Procédés de fabrication Usage final de la chaleur Réseaux de chaleur Ecoparcs Mécanique des fluides Thermique Modélisation Optimisation • Verrous non-technologiques • interdépendance • modèle économique Concepts innovants

11. Merci de votre attention