Quel avenir pour lnergie nuclaire Henri Safa CEADENDS

Quel avenir pour l’énergie nucléaire ? Henri Safa CEA/DEN/DS H. Safa Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 1

PLAN DE L’EXPOSÉ 1. Le nucléaire dans le monde 2. Les fondamentaux du nucléaire 3. La R&D au CEA 4. Les scénarios énergétiques de l’ANCRE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 2

LE NUCLÉAIRE AUJOURD’HUI Carte des réacteurs nucléaires dans le monde en 2013 Allemagne Belgique 19 103 Canada Royaume-Uni 16 Suède 10 4 Finlande 33 Pays Bas Lituanie 9 Tchéquie 15 Ukraine 7 58 France Slovaquie 4 Hongrie 5 Roumanie Suisse Slovénie Espagne 7 Bulgarie Arménie Etats-Unis Corée du Sud 23 Chine 17 Pakistan 2 Mexique 2 Russie 20 Inde 2 Brésil 2 Afrique du Sud 2 Argentine Total = 435 unités, 374 GWe Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 50 Japon

LE NUCLÉAIRE AUJOURD’HUI Production annuelle d’électricité nucléaire = 2650 TWh Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

LE NUCLÉAIRE AUJOURD’HUI Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

LE NUCLÉAIRE AUJOURD’HUI En construction En fonctionnement Dominance des Réacteurs à Eau Pressurisée Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

PLAN DE L’EXPOSÉ 1. Le nucléaire dans le monde 2. Les fondamentaux du nucléaire 3. La R&D au CEA 4. Les scénarios énergétiques de l’ANCRE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 7

CONTENU ÉNERGÉTIQUE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 8

ENERGIE DANS LE MONDE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 9

EXEMPLE DE LA CHINE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 10

ENERGIE & DÉVELOPPEMENT Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 11

ENERGIE ET CLIMAT Source: 4ème rapport du Groupe intergouvernemental sur l’évolution du climat, GIEC 2007 : « Bilan 2007 des changements climatiques » , 2010 Edition Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 12

ENERGIE ET CLIMAT Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 13

EMISSIONS DE CO 2 DUES A L’ÉNERGIE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 14

EMISSIONS DE CO 2 DUES A LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ La France rejette 4 fois moins de CO 2 que la moyenne de l’UE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 15

EMISSIONS DE CO 2 PAR SOURCE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 16

Les fossiles LES SOURCES D’ÉNERGIE Ø Le pétrole Ø Le gaz Ø Le charbon Les renouvelables Ø Le nucléaire Ø L’hydraulique Ø L’éolien Ø Le solaire (thermique et photovoltaïque) Ø La biomasse Ø La géothermie Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 17

RESSOURCES MONDIALES Dans 100 ans, le pétrole sera très cher. Le charbon sera abondamment utilisé Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 18

LA RESSOURCE URANIUM = Le facteur 100000 entraîne: Ø De faibles besoins en ressources (matières premières) Ø Une indépendance énergétique Ø Un coût réduit Ø De faibles quantités de déchets produits Ø Un impact environnemental faible Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 19

PLAN DE L’EXPOSÉ 1. Le nucléaire dans le monde 2. Les fondamentaux du nucléaire 3. La R&D au CEA 4. Les scénarios énergétiques de l’ANCRE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 20

LES PROGRAMMES DE R&D Ø Soutien au nucléaire industriel : sûreté, compétitivité, évolution… Ø Gestion des déchets (loi de 2006) Ø Préparer le nucléaire du futur: Gen IV, ASTRID, … En support à ces objectifs: Ø Concevoir, construire et maintenir les grands outils expérimentaux et les outils de simulation Ø Gérer les services nucléaires indispensables: opération, démantèlement, gestion des déchets, … Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 21

R&D : SOUTENIR L’INDUSTRIE NUCLÉAIRE ACTUELLE • Allongement de la durée de vie • Amélioration des performances des combustibles Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

AMÉLIORER LES PERFORMANCES DU COMBUSTIBLE DES RÉACTEURS Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

LE REACTEUR JULES HOROWITZ Un réacteur expérimental en construction à Cadarache th MW 100 R H J Consortium Partnership and Associated Partners July 2009 July 2010 Sept. 2011 EDF 20% AREVA 10% NRI (Czech Rep) 2% CIEMAT (Spain) 2% SCK (Belgium) 2% VTT (Finland) 2% JAEA (Japan) 3% DAE (India) 3% Vattenfall (Sweden) 2% IAEC (Israël) 2% Euratom 6% Sept. 2012 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 25

POST-FUKUSHIMA AU CEA 1 – Les ECS (évaluations complémentaires de sûreté) Ø L’ASN demande d’évaluer toutes les INB § Réévaluation des risques d’inondation et sismiques § Identification des effets falaise et évaluation des marges § Mitigation en cas de perte simultanée de la source froide et de l’électricité Ø Premier rapport (Osiris, Phénix, RJH, Masurca & ATPu) remis en sept. 2011 Ø Deuxième rapport (10 INB) remis en sept. 2012 2 – R&D accrue sur des sujets (déjà connus) Ø Sismique Evaluation des marges (projet EXTAM) Ø Hydrogène Quantité générée lors d’un accident grave Mélanges (air/H 2 O) et diffusion Efficacité des recombineurs catalytiques Ø Relâchements et dispersion des PF Effet de la température Terme source: validation et incertitudes International Source Term Program Ø Comportement du corium Dégradation en cuve Interaction corium-béton Interaction corium-eau Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 26

Le projet ASTRID Ø Une puissance électrique de 600 MWe q q Démonstration à l’échelle industrielle y compris pilotage, performances et sûreté Un outil flexible pour des tests en vraie grandeur (irradiations expérimentales, composants, …) Ø Démonstration de la transmutation des actinides mineurs Ø Un planning serré pour q q Restaurer un outil expérimental en neutrons rapides Réinstaller des compétences et des technologies en réacteurs rapides Reconstruire un tissu industriel sous-jacent Se préparer à un déploiement industriel à l’horizon 2040 en France (2030 dans certains autres pays du monde) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 27

LE DÉVELOPPEMENT DES RNR-NA DANS LE MONDE 18 RNR Na expérimental ou prototype réalisés ~ 400 Réacteur. ans cumulés de REX opérationnel en 2010 USA - EBR-1 1951 1963 - EBR-II (20 MWe) 1963 1994 - Fermi (100 MWe) 1963 1972 - FFTF (400 MWth) 1980 1993 - Clinch River Project abandon en 1983 Europe Japon - Joyo (140 MWth) 1977 - Monju (280 MWe) 1992 - JSFR (1500 Mwe) Russie & Kazakhstan - BR 10 (10 MWth) 1959 2002 - BN-350 (150 MWe) 1973 1999 - BOR-60 (60 MWth) 1968 - BN-600 (600 MWe) 1980 - BN-800 (800 MWe) 2012 - BN-1200 (1200 Mwe) - Rapsodie (20 MWth) 1967 1983 - DFR (60 MWth) 1959 1977 - KNK-II (17 MWe) 1978 1991 Inde - FBTR (40 MWth) 1985 - Phénix (250 MWe) 1973 2009 - PFBR (500 MWe) 2012 - PFR (250 MWe) 1975 1994 - 4 CFBR (500 Mwe) - SNR 300 (300 MWe) pas démarré Chine - CEFR (25 Mwe) 2010 - Superphenix (1200 MWe) 1986 1998 - BN-800 (800 MWe) 2015 - EFR Project abandon en 1998 Corée - KALIMER (150 Mwe) - ASTRID (600 Mwe) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

IMAGE DU RÉACTEUR ASTRID Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

DES INNOVATIONS DANS LES RNR-NA Sûreté - Un coefficient de vidange négatif - Un système de sûreté passif: SEPIA - Un récupérateur de corium - Des évacuations de la puissance résiduelle Une option possible de récupérateur de corium Nouveau concept de coeur hétérogène Diversification des EPu. R Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 Le système SEPIA 30

DES AVANCÉES EN TECHNOLOGIE DES RNR-NA Elimination de la réaction sodium-eau dans les GV - Nouveaux échangeurs de chaleur, nouveau système de conversion d’énergie Echangeur sodium-gaz Système de conversion à gaz Instrumentation and in-Service Inspection & Repair (ISIR) - Nouvelles technologies Techniques de mesures : - Lasers - Ultrasons - Fibres optiques Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 31

L’option Gaz : GFR - ALLEGRO Le GFR requiert de la R&D sur deux points clés spécifiques : 1. Le combustible: Conception d’un matériau entièrement réfractaire et capable de se maintenir même en cas d’accident grave Exemple: Un combustible carbure (UPu. C) avec un gainage en Si. C/Si. C § Un buffer graphite pour la conductivité thermique UPu. C § Un sandwich Si. C-M-Si. C pour l’étanchéité 2. La sûreté: En cas d’un APRP avec dépressurisation, la puissance résiduelle doit être évacuée en toutes circonstances. ALLEGRO : Un réacteur expérimental européen Un réacteur de 50 -100 MWth Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 32

DÉCHETS NUCLÉAIRES : QUELLES OPTIONS POUR LE FUTUR ? 1 Combustible usé Séparation poussée Transmutation Ressources Radiotoxicité Thermique Séparation 2 3 Réduction des volumes Tenue des colis Conditionnement Entreposage Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 Stockage 33

R&D SUR LA SÉPARATION DES ACTINIDES MINEURS Pourquoi faire de la transmutation ? Ø Réduction de la durée de vie des déchets en stockage géologique Ø Réduction de la radiotoxicité des déchets ultimes Ø Réduction de l’emprise du stockage 15 km 2 total, 7 km 3 excavated Sans transmutation 4. 3 km 2 total, 3 km 3 excavated Avec transmutation Un pas important a été démontré dans l’installation ATALANTE à Marcoule: la séparation sélective de l’américium avec une grande efficacité (99. 85%) avec la mise au point du procédé EXAm. Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 34

LA FERMETURE DU CYCLE DU COMBUSTIBLE MOX - RNR 450 t Réacteurs Rapides FABRICATION Uranium appauvri (40 t) MOX usé 450 t RECYCLAGE Plutonium (20%) Uranium (80%) Actinides mineurs (5 t) DECHETS PF (AM) (40 t) Flux de matières pour un parc de 60 GWe de réacteurs rapides Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 35

PLAN DE L’EXPOSÉ 1. Le nucléaire dans le monde 2. Les fondamentaux du nucléaire 3. La R&D au CEA 4. Les scénarios énergétiques de l’ANCRE Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 36

LES SCÉNARIOS DE L’ANCRE • L’ANCRE est l’Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l’Energie • Elle regroupe l’ensemble des organismes publics de recherche du domaine et travaille en concertation avec les pôles de compétitivité • Elle a souhaité prendre part au débat sur la transition énergétique et a proposé à la Ministre en charge de l’énergie de construire des scénarios énergétiques à l’horizon 2050. La ministre a manifesté son vif intérêt pour ce travail de l’ANCRE. • L’ANCRE a défini les 3 scénarios suivants: • « Sobriété renforcée » (ou SOB) • « Décarbonisation par l’électricité » (ou ELE) • « Vecteurs diversifiés » (ou DIV) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

DÉMARCHE DE L’ANCRE • Fixer comme objectif premier la réduction des émissions de GES et l’atteinte du facteur 4 à un coût acceptable (ici: diminution par 4 en 2050 des émissions de CO 2 issues de la production et la transformation d’énergie, par rapport à l’année 1990) • Mettre en œuvre des actions volontaristes axées sur la demande en priorité (dont la sobriété à un niveau ambitieux) et sur l’offre, en promouvant l’efficacité et les substitutions vers les énergies à bas carbone • Développer fortement les En. R dans l’électricité avec l’hypothèse « nucléaire 50% » en 2025 • Etablir les possibilités technologiques (impact sur l’efficacité, sur les évolution des usages, sur les dynamiques de substitution des énergies entre elles…) • Evaluer si l’objectif est atteint révision des hypothèses et introduction de « technologies de rupture» Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

HYPOTHÈSES ET GRANDES QUESTIONS Les hypothèses sont basées sur le scénario volontariste DGEC / Enerdata « AMS-O » • Post Grenelle avec mesures supplémentaires et objectif 2050 de facteur 4 • La croissance économique 1, 7% par an en moyenne sur la période • La population française s’accroit fortement 75 Mhab en 2050 • Les prix de l’énergie s’orientent à la hausse et le carbone est taxé (directement ou via les ETS) Prix 2020 2030 2040 2050 Prix pétrole (€ 2010/baril) 100 115 135 165 CO 2 SOB * (€ 2010/t) 30 56 100 200 CO 2 ELE et DIV (€ 2010/t) 25 39 75 150 Parmi les grandes questions: • Les technologies actuellement disponibles suffisent-elles ? • Faut-il une révolution technologique pour atteindre l’objectif facteur 4? Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

LES SCÉNARIOS EN BREF • Scénario "Sobriété renforcée" : la réduction des émissions découlant de la consommation d'énergie fera ici essentiellement appel au triptyque sobriété renforcée, efficacité énergétique et développement de la part des renouvelables, ainsi que de manière résiduelle au gaz pour la production d'électricité. • Scénario "Décarbonisation par l’électricité" : la décarbonisation de la consommation d'énergie primaire est basée sur de la sobriété et de l’efficacité énergétique, et un rôle central de l’électricité d'origine renouvelable (intermittente ou "dispatchable") et nucléaire. • Scénario "Vecteurs diversifiés" : la décarbonisation s'appuie sur l'efficacité énergétique et un renforcement limité des usages électriques, mais l'accent est largement mis sur de nouveaux vecteurs comme les bio-énergies, notamment dans des systèmes énergétiques locaux. Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

LES ÉMISSIONS DE CO 2 Facteur 4 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

SCÉNARIOS ANCRE PAR RAPPORT AUX SCÉNARIOS DU DNTE Consommation d’énergie finale 2 2 3 3 3 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

DIMINUTION DE L’ÉNERGIE PRIMAIRE PAR HABITANT La tendance historique : une augmentation continue depuis plus de 50 ans 4, 5 Tep/hab 2, 5 Tep/hab Le futur: Une baisse de grande ampleur sera-t-elle possible ? Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Consommation d’énergie finale par secteur Industrie : niveau ~ constant Les gains de performance compensent la hausse de la demande liée à l’augmentation d’activité Résid. & tertiaire : baisse (25 à 50%) Les programmes de rénovation permettent d’accroitre l’efficacité énergétique du secteur Transport : baisse (30 à 45%) Efficacité énergétique et sobriété permettent d’atteindre ce résultat, avec un rôle significatif de la pénétration de l’électricité (selon scénarios) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Transport 3 scénarios différenciés • Modifications des comportements et des systèmes pour réduire ou transférer la demande (tarification, mode de Sobriété Renforcée possession. . . ) • Amélioration de l'efficacité énergétique accrue et pénétration tendancielle des technologies Décarbonisation par l’électricité • Amélioration de l'efficacité énergétique accrue • Diffusion accélérée des motorisations électriques (EV, PHEV) et hydrogène Vecteurs diversifiés • Amélioration accrue et accélérée de l'efficacité énergétique des technologies • Développement de carburants à plus faible contenu carbone (GNV, LNG, bio-carburant) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Transport Hypothèses de mobilité et transport de marchandises Décarbonisation par l’électricité Sobriété Renforcée Vecteurs diversifiés 2050 PARC VP divisé par 2 +25% +45% +110% • Mobilité totale constante mais - 20% mobilité par personne • Développement des modes alternatifs à la voiture • Augmentation modérée du trafic de marchandises et développement du ferroutage (15% du trafic, soit 75 Gtkm en 2050) Conservation des tendances Passagers : +0. 6% / an jusqu’à 2050 (+25% /2010) Marchandises : +1. 9% / an jusqu’à 2050 (+110% / 2010) Conservation des répartitions actuelles entre modes Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Transports Challenges technologiques, économiques et organisationnels Economiques Sobriété Renforcée Décarbonisation par l’électricité Vecteurs diversifiés Incitations économiques à la sobriété Investissements massifs dans les infrastructures de recharge des véhicules électrifiés et dans l’H 2 Aide à la diffusion des nouvelles technologies (Electrique, H 2) Investissements dans la production de biocarburants et la distribution de carburants gazeux Aide à la diffusion des nouvelles technologies (GNV, GNL) Organisationnels Technologiques Structuration d’une offre de service de mobilité multi-mode (pour les passagers et marchandises) Modifications de l’aménagement urbain (voies de bus, piste cyclable. . . ) et des infrastructures routières Développement de véhicules adaptés à l’usage (adaptation poids, motorisation et autonomie) Réduction de la consommation des véhicules Développements de réseaux électriques Baisse des coûts des PHEV, EV et FCEV Développement d’une filière hydrogène carburant : production, transport, distribution (corridor et flotte captive dans un premier temps) Améliorations des performances des batteries (capacités, temps de recharge) Réduction de la consommation des véhicules Structuration d’une très importante filière biocarburant 2 G liquide et gazeux Réduction accélérée de la consommation des véhicules Développement d’une filière GNV et GNL carburant : compression/liquéfaction, transport, distribution Amélioration des moteurs à allumage commandé fonctionnant au gaz pour les véhicules lourds Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Résidentiel/tertiaire 3 scénarios différenciés Sobriété Renforcée • Comportements plus sobres : tassement de la demande de surface (m²/hab et m²/emploi) et renouvellement urbain plus dense, pas d’effets-rebond, stabilisation puis réduction progressive de la demande d’électricité spécifique • Améliorations de l'efficacité énergétique : rénovation complète du parc existant en 2050 (x 4 par rapport au rythme actuel) et constructions neuves très performantes • Disparition du fioul dans les usages de chauffage et ECS Décarbonisation par l’électricité • Poursuite tendance de la demande : surfaces, répartition habitat collectif/habitat individuel, électricité spécifique, etc. • Amélioration de l’efficacité énergétique moins poussée : rénovation de la moitié du parc existant en 2050 (doublement par rapport au rythme actuel) • Fortes substitutions des énergies carbonées par l’électricité (développement massif des pompes à chaleur haute performance PAC) Vecteurs diversifiés • Poursuite tendance de la demande et améliorations de l’efficacité énergétique moins poussée (idem ELE sauf demande en électricité spécifique plus faible) • Fortes substitutions des énergies carbonées par la biomasse, les réseaux de chaleur et dans une moindre mesure le solaire ; le gaz issu de la biomasse se substitue partiellement au gaz naturel Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, *ECS : eau chaude sanitaire le 26 avril 2013

Résidentiel/tertiaire Hypothèses d’évolution des parcs de bâtiments Hypothèses communes Rythmes identiques de constructions neuves et destructions (dans la fourchette des scénarios INSEE) sauf scénario SOB (moindre besoin construction malgré destruction accélérée) Rupture en terme de rénovation du parc (2 à 5 fois plus selon scénarios) 2050 TEND : q la part du neuf est de 35% (résidentiel) – 25% (tertiaire) q 45% du parc est de l’ancien non rénové SOB : la part du neuf est de 35% (résidentiel) – 20% (tertiaire) la totalité du parc existant est rénovée, soit 650 000 logements/an contre 125 000 aujourd’hui ELE et DIV : Mutation du secteur d’activité la part du neuf est de 35% (résidentiel) – 25% (tertiaire) 30% du parc est de l’ancien non rénové Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Résidentiel/tertiaire Part des différentes énergies finales Disparition du fioul Recul modéré du gaz Croissance de la part de l’électricité TEND : pas d’évolution des parts de marché (sauf fioul) SOB : parts de marché peu modifiées. ELE : forte augmentation des parts de marché de l’électricité pour chauffage et ECS (de 20 % à 60 %) DIV : augmentation des parts de marché de la chaleur et des sources renouvelables (solaire thermique, biomasse) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Résidentiel/tertiaire Challenges technologiques, économiques et organisationnels Economiques Organisationnels Technologiques Investissements massifs dans la rénovation (+530 G€ / tendanciel), instruments d’incitation à identifier Mutation du secteur d’activité, en volume (x 4) Solutions de rénovations complètes adaptées au contexte (matériaux, équipements, etc. ). Sobriété Renforcée Tarification adaptée pour limiter les effets rebonds Nécessité d’améliorer qualifications et performance (Formation) Equipements performants pour chaud, froid, ECS, ventilation, … et usages spécifiques Smart grids pour intégration ENR intermittentes Montée en puissance du secteur, en volume (x 2). Décarbonisation par l’électricité Investissements importants dans la rénovation du parc bâti (+210 G€ / tendanciel), instruments d’incitation à identifier Développement de solutions performantes de PAC, pour le neuf et l’existant (chauffage) et chauffe-eau thermodynamiques (ECS) Incitation appropriées à l’installation de PAC Vecteurs diversifiés Nécessité d’améliorer qualifications et performance (Formation) Investissements importants dans la rénovation du bâti (+210 G€ / tendanciel) instruments d’incitation à identifier Montée en puissance du secteur, en volume (x 2). Investissement important dans les réseaux énergétiques locaux Disponibilité des ressources en biomasse Nécessité d’améliorer qualifications et performance (Formation) Gestion de la pointe électrique Solutions technologiques performantes en biomasse, chaleur, solaire (thermique). Développement des réseaux chaleur (vers réseaux intelligents) avec solutions approv. intégrées à l’échelle quartier / ville Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Industrie 3 scénarios différenciés Hypothèses communes • • Évolutions des productions industrielles identiques pour les 3 scénarios Prise en compte d’un développement nécessaire du CCS à partir de 2030 ( montée progressive) pour respecter trajectoire d’émissions de CO 2 Sobriété Renforcée Amélioration poussée de l’efficacité énergétique / électricité et combustibles: jusqu’à 95% du maximum Décarbonisation par l’électricité Bascules énergétiques des combustibles fossiles vers électricité (+15% dans l’industrie au total, à l’horizon 2050 par rapport au scénario SOB)+ développement de l’acier électrique (de 1/4 à 1/3 en énergie) Efficacités énergétiques moindres que SOB (facteur 0, 9) Vecteurs diversifiés Bascules énergétiques des combustibles fossiles vers vecteurs énergétiques renouvelables Efficacités énergétiques moindres que SOB (facteur 0, 9) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Industrie Hypothèses d’efficacité énergétique (Exemples scénarios SOB) IGCE AI L’amélioration potentielle de l’efficacité énergétique est de 10 à 40 % selon les secteurs (enquête CEREN auprès des industriels) L’amélioration est plus rapide pour les IGCE qui ont un intérêt économique immédiat SOB : 95% du « gisement » atteint en 2050 ELE et DIV : 90% des gains atteints pour le scénario SOB en 2050 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Industrie Challenges technologiques Réduction de la consommation des composants et des procédés • Amélioration des composants et/ou procédés avec un impact crucial sur la consommation énergétique : fours, moteurs, procédés de séchage, de séparation et de production de froid. . . • Amélioration des connaissances des phénomènes physiques et chimiques mis en œuvre, modélisation, • Amélioration du pilotage des installations ce qui implique le développement de capteurs, d'actuateurs et de logiciels ou de systèmes de contrôle/commande fiables et à coûts réduits. Réduction et récupération des pertes énergétiques et des matériaux • Recyclage, en particulier des métaux non ferreux et du verre • Minimisation des pertes thermiques (isolants) ou valorisation en réutilisation directe (échangeurs thermiques, intégration énergétique) ou après transformation (chaleur en électricité ou en énergie mécanique par exemple), • Développement de composants et/ou procédés avancés : pompes à chaleur (yc haute température), cycles thermodynamiques, thermo- ou piézo-électricité. . . • Valorisation des sources de chaleur diffuses et basse température. Intégration et mutualisation énergétique • Intégration énergétique pour la conception / re-conception de procédés (analyse exergétique, pincements. . . ) : procédés, usines, mais aussi sites industriels et territoires, • Mutualisation de la production d'utilités • Composants et/ou procédés : vapeur/chaleur, air comprimé, H 2, groupes froid, . . . , à l'échelle d'une usine ou d'un site, et réseaux, capacités de stockages adaptées, interfaces entre les réseaux. Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Production d’énergie 3 scénarios différenciés Développement rapide des En. R « électriques » Nucléaire à 50% en 2025 Sobriété renforcée Technologies de rupture : Capture et Stockage du CO 2 (40 Mt) et gestion de réseau pour limiter les besoins de soutien aux En. R intermittentes Décarbonisation par l’électricité Développement rapide des En. R « électriques » Nucléaire à 50% en 2025 Technologie de rupture : Stockage électrique de très grande capacité (60 GW, 100 TWh) Vecteurs diversifiés Développement rapide des En. R toutes énergies Nucléaire à 50% en 2025 Technologie de rupture : Développement du chauffage urbain par récupération de la chaleur des centrales électriques (200 TWh) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ HYPOTHÈSES COMMUNES ü Baisse du nucléaire à 50% de la production électrique dès 2025 ENR 2020: objectifs nationaux ü Introduction de renouvelables à un rythme très soutenu (19 GW onshore + 6 GW offshore) ü Elimination progressive des centrales au fioul et charbon ü Eolien: 25 GW ü Solaire PV: 10. 6 GW (objectif = 5. 4 GW) ü Energies marines: 800 MW ü « Back-up » de l’intermittence par des centrales au gaz ü Biogaz: 0. 3 Mtep ü Prise en compte des objectifs nationaux, voire au-delà ü Biomasse et déchets: 1. 2 Mtep üExports d’électricité stables ü Géothermie: 80 MW ü Solaire thermodynamique: 10% du solaire PV Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ Production Electrique 2030 Le nucléaire restera une composante importante de la production électrique Production Electrique 2050 La gestion de l’intermittence est assurée par: • des smart grids (SOB) • du stockage électrique (ELEC) • de la cogénération (DIV) Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

PUISSANCE ÉLECTRIQUE INSTALLÉE • Très forte pénétration des En. R variables (ERV) • La puissance électrique installée est très supérieure à la pointe de puissance appelée • La puissance nucléaire peut être transitoirement supérieure Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

EMISSIONS DE CO 2 DUES À LA PRODUCTION D’ÉNERGIE SOB ELE Un accroissement des émissions de CO 2 de la production électrique dû à la baisse du nucléaire et au « back-up » en gaz… … qui pourrait être effacé par du stockage massif d’électricité qui est une « technologie de rupture » …ou par le relâchement de la contrainte des 50% de nucléaire Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

Production d’énergie Challenges technologiques • Prise en compte de l’introduction d’énergies intermittentes sur le réseau électrique • Performances, origines et coûts des matériels (éolien, solaire…) • Développement, gestion et équilibrage du réseau (smart grids) • Stockage d’électricité de grande capacité (à définir) • Production interruptible de nouveaux vecteurs énergétiques • Suivi de charge des centrales nucléaires • Récupération de la chaleur fatale des centrales • Développement des réseaux de chaleur • Optimisation de la chaleur industrielle • Production de vecteurs énergétiques flexibles • Biomasse de 2 nde génération (carburants liquides) • Carburants gazeux (biogaz, hydrogène, méthane) • Capture et stockage du CO 2 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

DES VERROUS TECHNOLOGIQUES ET ORGANISATIONNELS SUR LA ROUTE DU FACTEUR 4 Déployer ces nouvelles technologies nécessitera de lever de nombreux verrous technologiques que l’alliance ANCRE a identifiés dans son rapport publié fin 2012 § § § Stockage statique centralisé et décentralisé de l’électricité Hybridation des réseaux électricité-gaz-chaleur Mise en œuvre de sites industriels intégrés Optimisation et mobilisation des ressources en biomasse Capture, séquestration ou recyclage du CO 2 Développement du chauffage urbain nucléaire, d’origine géothermique. . . Véhicules à moteur thermique à 2 l/100 km, Diffusion des véhicules électriques ou à hydrogène, généralisation du stockage embarqué de l’électricité Production d’hydrogène bas carbone (En. R, nucléaire) Pompes à chaleurs haute et très haute température, Eolien offshore flottant, . . . http: //www. allianceenergie. fr/iso_upload/verrous-seuls-ANCRE-[2012 -11 -26]. pdf Rapport complet attendu pour octobre 2013 Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013

CONCLUSIONS Ø La croissance future du nucléaire dans le monde est une réalité qui se concrétise dans les pays émergents Ø Les fondamentaux du nucléaire demeurent (indépendance, économie, pas d’émissions de gaz à effet de serre, ressources) Ø La R&D au CEA se décline en soutien au nucléaire existant (sûreté, durée de vie, performances) et prépare le nucléaire du futur (4ème génération), indispensable sur le long terme (ressources, déchets) Ø Les scénarios énergétiques de l’ANCRE montrent que pour atteindre les objectifs du facteur 4 en 2050, il faut introduire des « game changers » comme le stockage d’énergie ou la récupération de la chaleur fatale. Séminaire SPh. N – Orme des merisiers, le 26 avril 2013 62