ANR : Programmes de recherche dans l’énergie

L’Agence Nationale de la Recherche (ANR) a présenté sa proposition de programmation 2009. Elle comporte 4 nouveaux programmes et 6 programmes reconduits concernant l’énergie et l’environnement.

Programme Bioénergies :

La biomasse constitue une des sources importantes d’énergie renouvelable de la planète et fournit 10 % de la consommation d’énergie primaire contre 2 % pour l’hydro-électrique.La biomasse présente le plus fort potentiel de hausse des énergies renouvelables, souligne l’ANR.

Ainsi, l’Union Européenne ambitionne-t-elle d’augmenter d’ici 2010 la part des énergies renouvelables de 6 à 12 %, principalement en doublant la contribution de la biomasse de 4 à 8 %. 

La transformation de la biomasse par voie thermochimique ou par voie biologique permet d’envisager, non seulement la mise à disposition de bio-gaz et gaz combustibles de synthèse, utilisables en substitution de gaz naturel, pour couvrir des besoins de chauffage ou pour la production d’électricité, mais également le développement de biocarburants. Le programme « Bioénergies » vise à l’amélioration de la mobilisation de la ressource et la valorisation énergétique de tous les constituants de la biomasse, en particulier par le développement des biocombustibles gazeux, et de biocarburants :

• de seconde génération (bioéthanol et biogazole à partir de la biomasse)

• de troisième génération (bio-hydrogène et bio-lipides à partir de l’action de microorganismes), en faisant appel à l’ensemble des procédés de transformations physiques, chimiques, thermochimiques et biotechnologiques, dans une optique de développement durable. Il concerne également la valorisation des coproduits dans le cadre des bio-raffineries.

Le programme Bioénergies fait suite au Programme National de Recherche sur les Bioénergies (2005-2007).

Le champ des ressources en biomasses disponibles a été étendu, dans le nouveau programme Bioénergies, au-delà de la biomasse brute, aux déchets agro-forestiers et agroindustriels, aux déchets urbains et boues de station d’épuration.

Résultats attendus :

L’objectif du programme « Bioénergies » est de promouvoir des projets principalement  partenariaux « organisme de recherche/entreprise privée » ou de susciter des projets technologiques de rupture en matière de valorisation de la biomasse. Il s’agit :

• d’évaluer toutes les formes de biomasse mobilisable à des fins énergétiques ;

• de développer des filières de conversion industrielles de la biomasse lignocellulosique, notamment pour la production de gaz combustibles et de carburants de seconde génération ;

• d’explorer de nouvelles voies pour la production d’hydrogène et de lipides par l’action de microorganismes ;

• de concevoir des systèmes bioénergétiques intégrés, dans le cadre du concept de bio-raffinerie;

• et enfin d’évaluer les impacts socio-économiques et environnementaux de ces nouvelles technologies.

Impact espéré :

Elargir la palette des matières premières mobilisées et diminuer les coûts de mise à disposition, en développant des filières à partir de ressources actuellement sous exploitées (résidus agricoles et forestiers) ou en structurant de nouvelles filières de ressources comme des cultures énergétiques dédiées ou les déchets d’origines agroindustrielle, industrielle et urbaine, ainsi que des biomasses aquatiques.

Contribution à la mise en place de filières de production à partir de la biomasse lignocellulosique, de gaz combustibles, utilisables pour la génération de chaleur ou d’électricité, et pour l’élaboration de biocarburants de seconde génération (bio-alcools et bio-gazoles).

Développement de nouvelles connaissances scientifiques et de savoir-faire technologiques à mettre en œuvre dans les procédés de transformation biologique ou thermochimique des biomasses.

Favoriser des sauts technologiques pour le développement de filières de 3ème génération.

Programme : Hydrogène & piles à combustible (H-PAC )

H-PAC concerne la production propre d’hydrogène (électrolyse de l’eau à haute et basse températures), le stockage de l’hydrogène (gazeux à très haute pression, solide dans des solides innovants) et son utilisation dans les piles à combustible (principalement PEMFC). Les applications visées concernent essentiellement le stationnaire, les marchés précoces et la gestion des ENR, sans négliger les applications embarquées préparant l’extension au domaine automobile dans la continuité des efforts entrepris au cours des programmes précédents.

Le programme se structure autour de trois axes :
• Axe 1 : production propre d’hydrogène
• Axe 2 : stockage de l’hydrogène
• Axe 3 : système pile

H-PAC vise à contribuer au développement d’une filière industrielle française des piles à combustible pour des  applications stationnaires, à préparer le marché automobile à l’horizon 2020, et à faire émerger une filière française de production d’hydrogène.

Trois types essentiels de solutions techniques sont attendus :
1/ mise en œuvre de matériaux innovants pour l’électrolyse, le stockage de l’hydrogène, la pile ;
2/ intégration et optimisation des composants et des systèmes dédiés aux différents types d’applications visées ;
3/ introduction de la filière hydrogène/pile dans la gestion de l’énergie électrique (cogénération, gestion des ENR et de la production décentralisée).

A moyen terme, le programme H-PAC pourrait contribuer à l’introduction de l’hydrogène dans le bouquet énergétique. L’hydrogène jouerait à la fois le rôle d’un vecteur d’énergie propre, voire d’un élément de stockage des énergies renouvelables intermittentes (éolien, photovoltaïque, etc.). A plus long terme (horizon 2020), la pile à combustible, après avoir montré son efficacité dans des systèmes stationnaires, de secours ou portables, pourrait prendre sa place à grande échelle dans les systèmes d’alimentation électrique des véhicules, marchés préparés par l’exploitation de flottes de véhicules professionnels.

Programme Stock-E – Stockage innovant de l’énergie

Ce programme a pour vocation de promouvoir des recherches en rupture sur le stockage de l’énergie. Il fait appel à plusieurs disciplines scientifiques puisqu’il couvre les problématiques du stockage d’électricité, de chaleur ainsi que les stockages magnétique, mécanique et pneumatique. Dans son édition 2009, le programme souhaite s’ouvrir à la recherche d’une adéquation des systèmes de stockage aux utilisations envisagées. Le programme sera également ouvert à des projets visant à relever un défi technologique dans le domaine du stockage électrochimique.

Résultats attendus :

Des améliorations de performance des systèmes de stockage existants sont attendues. Cependant, des résultats sont essentiellement souhaités sur des solutions innovantes de stockage permettant d’améliorer l’efficacité énergétique des systèmes (par exemple gestion des réseaux liée aux ENR, applications automobiles, stockage de la chaleur, …). Enfin, il est aussi attendu que des solutions novatrices soient proposées dans le domaine de l’électrochimie, en mettant en œuvre des matériaux électro-actifs organiques renouvelables.

Impact espéré :

Le stockage de l’énergie est le maillon faible dans les filières de distribution de l’énergie. Le stockage électrochimique de grande puissance permettra à terme de lisser la production (ENR) et la consommation de pointe et d’éviter l’allumage des centrales thermiques, ou de se substituer au groupe moto propulseur des véhicules. Du point de vue stockage thermique, l’impact au niveau de l’habitat pour les basses températures et au niveau industriel pour les hautes températures contribuera à la réduction de la facture énergétique, donc à la diminution de l’émission de gaz à effet de serre et à l’appui du scénario facteur 4.

Programme VTT – Véhicules pour les Transports Terrestres

Ce programme est centré sur les véhicules et les technologies élémentaires permettant aux transports de réduire leur impact sur l’environnement et d’augmenter leur efficacité, leur qualité, leur sûreté et leur fiabilité.

Le programme se décline en deux axes :

• Un axe dédié à l’efficacité énergétique des véhicules et réduction des émissions.

• Un axe dédié à l’efficience des systèmes de transport et de l’augmentation de leur qualité.

Les objectifs du programme sont centrés sur une approche d’optimisation des véhicules pour les transports et des systèmes de transports terrestres. Il vise principalement à

• optimiser l’efficacité énergétique des véhicules et à réduire leur impact sur l’environnement en termes de gaz à effet de serre, de polluants réglementés et non réglementés et de bruit.
• optimiser l’efficience des véhicules et des systèmes de transports en privilégiant une approche en termes de sécurité, de qualité, de fiabilité d’accessibilité et de productivité.

Impact espéré :

Les impacts espérés sont de deux natures. Un impact environnemental en premier lieu et un impact sociétal d’autre part.

Les impacts environnementaux sont :

• L’obtention des gains significatifs au niveau de la consommation énergétique et des émissions de CO2 afin de contribuer au ralentissement du réchauffement planétaire.

• La baisse des émissions de polluants règlementés (oxydes d’azote, particules, monoxyde de carbone et hydrocarbures imbrûlés) et non règlementés de manière à améliorer la qualité de l’air surtout dans les zones urbaines fortement peuplées.

• La réduction des nuisances sonores qui constituent la principale source de gêne des français en 2008.

• La réduction de la dépendance aux énergies fossiles de manière à assurer aux citoyens l’accès à une mobilité à faible émission de gaz à effet de serre.

Les impacts sociétaux sont :

•   L’amélioration de la mobilité des biens et des personnes.

• La mise à disposition de modes de transport plus sûrs et plus sécurisés de manière à réduire la mortalité et  l’insécurité.

• Le développement de véhicules de transports plus adaptés à la demande, en particulier plus accessibles et ergonomiques notamment pour les personnes à mobilité réduite.

• Le développement de véhicules de systèmes de transports plus fiables, en particulier pour toutes les applications intégrant l’électronique et les technologies de l’information et de la communication.

Programme EESI : Efficacité Energétique et réduction des émissions de CO2 dans les Systèmes Industriels

Les bilans énergétiques globaux mettent en évidence qu’environ 55% de l’énergie primaire consommée en France est inutilisée. Près de 70 % de l’énergie finale, consommée par le secteur industriel, est destinée à couvrir des besoins de chaleur.

Le gisement potentiel d’économies d’énergie dans le secteur industriel est estimé à 20 % de l’énergie consommée, notamment sur les fours, les chaudières, le séchage, les moteurs électriques et thermiques, les procédés (chaleur fatale, optimisation exergétique des équipements et systèmes…). De plus, les émissions de gaz à effet de serre émises par le secteur industriel représentent environ 30 Mt/an et généralement centralisées, donc potentiellement adaptées à une captage du CO2 à la source.

L’enjeu du programme EESI est de pouvoir conjointement améliorer l’efficacité énergétique industrielle et réduire les émissions de CO2 afin de contribuer aux objectifs européens de 20 % de réduction des émissions à l’horizon 2020.

Le programme est conçu autour de 4 axes :
Axe 1. Identification et quantification des gisements d’énergie potentiellement récupérables
Axe 2. Intégration des systèmes énergétiques et réduction des besoins
Axe 3. Production performante d’énergie avec réduction simultanée des émissions CO2
Axe 4. Transfert transport d’énergie calorifique et/ou électrique

Les actions à mener, avec cet objectif, concernent :

• L’amélioration de la conversion de l’énergie primaire,

• Le développement de technologies d’échange thermique à faible écart de température,

• Le développement de nouveaux procédés de stockage/transport de l’énergie,

• L’intégration et le couplage des systèmes énergétiques industriels.

Ces actions seront conduites par une approche intégrée (systèmes couplés, co-génération, etc.), ainsi que par composants (technologies et matériaux à haute performance).

Résultats attendus :

• L’amélioration de la conversion de l’énergie primaire,

• Le développement de technologies de récupération d’énergie thermique en présence de faible écart de température,

• Le développement de nouveaux procédés de stockage/transport de l’énergie et leur gestion,

• L’amélioration des convertisseurs électromécaniques et statiques,

• L’optimisation des procédés et de leur conduite.

Impact espéré :

• La réduction de nos consommations en énergies fossiles, à production industrielle constante ou supérieure.

• La réduction des émissions de CO2 vers l’atmosphère des systèmes industriels.

• Le développement d’approches systémiques et d’outils pour la gestion énergétique optimisée d’ensembles industriels ou tertiaires intégrés.

• Le développement de nouveaux matériaux et composants de conversion, de transfert et de transport d’énergie, à grande efficacité énergétique.

HABISOL : HABitat Intelligent et SOlaire Photovoltaïque

Le récent Grenelle de l’environnement a assigné au secteur du bâtiment des objectifs très ambitieux d’économie d’énergie et d’intégration des énergies renouvelables.

L’objectif d’HABISOL est de mobiliser la communauté scientifique et les industriels du secteur pour aider à y répondre.

Il privilégie trois approches complémentaires :
o l’intégration de solutions technologiques globales, permettant d’économiser l’énergie et d’utiliser les énergies renouvelables tout en garantissant le confort d’usage, la sécurité et la santé des utilisateurs ;
o le développement des solutions technologiques-clé, en rupture, afin de réduire radicalement les consommations d’énergie dans le neuf et l’existant, tout en respectant le recyclage des matériaux utilisés et en évitant l’usage de produits qui seront interdits dans les futures règlementations (programme REACH…) ;
o le développement des filières photovoltaïques qui contribueront à la production d’électricité au niveau même des bâtiments.

Objectifs et finalités :

• l’aide à l’intégration de solutions technologiques globales, permettant d’économiser l’énergie et d’utiliser les énergies renouvelables tout en garantissant le confort d’usage, la sécurité et la santé des utilisateurs ;
• le développement de quelques solutions technologiques-clé, en rupture, afin de réduire radicalement les consommations d’énergie dans le neuf et l’existant, tout en respectant le recyclage des matériaux utilisés et en évitant l’usage de produits qui seront interdits dans les futures règlementations (programme REACH…) ;
• le développement des filières photovoltaïques qui contribueront à la production d’énergie au niveau même des bâtiments.

Résultats attendus :

• le développement de méthodologies d’intégration et la validation de solutions technologiques performantes et cohérentes, le développement de la modélisation à des fins de connaissance et conception, le développement de méthodes de mesure des performances réelles et d’instruments de gestion intelligente de l’énergie (domotique,
automatique…) ;
• des ruptures sur quelques éléments clé, à des coûts acceptables, notamment, les isolants minces adaptés à la rénovation par l’intérieur des bâtiments existants, la production de froid à partir du solaire ;
• le développement des filières photovoltaïques et notamment des filières en couches minces ;

Impact espéré :

Le secteur de l’énergie dans les bâtiments est un secteur clé à la fois pour la réduction des consommations énergétiques, pour les entreprises du BTP et celles de l’énergie et pour les utilisateurs de ces bâtiments, à travers la réduction de leur facture énergétique. Ce programme de recherche, avec d’autres initiatives plus proches du marché, devrait permettre d’aider à atteindre ces différents objectifs, à la fois à court terme (5 ans), dans le neuf et surtout dans l’existant, et à plus long terme (2020), notamment pour que se concrétise à grande échelle le concept de bâtiment à énergie positive.

Plus globalement, ces travaux contribueront à :
• Atteindre à l’horizon 2050 le facteur 4 au niveau de la réduction des gaz à effet de serre dans le secteur du bâtiment ;
• A produire de l’électricité de façon décentralisée et permettre d’atteindre les objectifs européens en matière d’intégration des énergies renouvelables à l’horizon 2020 ;
• A développer une filière française de production de cellules et modules solaires ;

Programme : Villes durables

Le programme « Villes Durables » a pour ambition d’intégrer les thématiques de recherche à l’échelle des systèmes urbains depuis les questions de gouvernance jusqu’aux aspects technologiques en passant par la production de nouveaux services.

Deux objectifs fondateurs constituent le programme :

• L’efficacité énergétique à l’échelle urbaine.

• Une meilleure intégration sociale et environnementale dans un cadre de développement durable des villes.

Il cherche à mobiliser les communautés scientifiques autour de projets pluridisciplinaires, pour aider à faire émerger des solutions aux grands défis posés aux décideurs dans le domaine urbain.

Le programme est organisé en quatre volets thématiques :
• Module 1 « Nouveaux services, aménagement des espaces et gouvernance »
• Module 2 « Dynamiques spatiales et mobilités »
• Module 3 « Environnement et risques »
• Module 4 « Infrastructures, réseaux et construction »

Objectifs et finalités :

La ville concentre une part déterminante des grands défis du 21ème siècle : défi énergétique lié aux consommations des bâtiments et des transports, défi des changements, évolutions quantitatives et qualitatives des très grandes agglomérations en quête de nouveaux services pour faire face à l’afflux permanent de populations nouvelles, aux attentes des personnes âgées de plus en plus nombreuses. L’extension corrélative de l’espace construit accroît la demande de transports individuels et concurrence les espaces naturels et agricoles.

Les composants de la ville doivent être améliorés dans une logique de développement durable en optimisant la consommation énergétique, la consommation de ressources naturelles (eau, air, sol,..), en réduisant les émissions polluantes et de gaz à effets de serre dans un contexte socialement harmonieux et économiquement viable. La finalité est
d’améliorer la qualité de la vie en ville tout en s’inscrivant dans une politique de développement durable, intégrant la nécessité de renouveler et d’adapter en permanence l’espace urbain.

Résultats attendus :

Ce programme vise le développement de connaissances finalisées et d’outils d’aide à la décision et l’aide au développement de services et de technologies qui permettront de concevoir, d’améliorer et d’adapter les différents composants de la ville (constructions, réseaux, transports,…) dans une logique de développement durable qui favorise la qualité de vie et la préservation des ressources naturelles. Les solutions proposées doivent concerner le développement et l’aménagement urbain, l’organisation de la vie et des activités en ville, l’exploitation et la maintenance des infrastructures et des réseaux, la conception de nouveaux services.

Les problématiques générales du programme ne pourront être correctement abordées qu’en explorant les approches comportementales des habitants et des créateurs d’activités ainsi que les processus de décision à l’échelle des agglomérations. Ces problématiques impliquent d’interconnecter les savoirs et savoir-faire développés dans
différentes disciplines et de développer des approches systémiques.

Impacts espérés :

• Développements méthodologiques innovants de gouvernance des villes, intégration des concepts de développement durable dans les systèmes de gouvernance des villes ;
• Meilleure appréhension de la consommation énergétique à l’échelle urbaine ;
• Meilleure intégration sociale à l’échelle urbaine ;
• Meilleure gestion de la qualité environnementale à l’échelle urbaine ;
• Amélioration des composants urbains (bâtiments, équipements urbains, infrastructures) .

Programme ECOTECH : Production durable et technologies de l’environnement

Le programme ECOTECH est le relais du programme PRECODD. C’est un programme de
recherche axé sur le développement de technologies, d’instruments et de services visant à
favoriser l’innovation en matière de production industrielle durable et dans les écoindustries.

Le programme est composé de 5 axes :
– Pour une production industrielle durable
– Vers des matières premières secondaires
– Réagir : mieux traiter les environnements pollués
– Surveiller : observer plus et mieux l’environnement
– Changer de paradigme

L’utilisation anthropique croissante des ressources naturelles induit des changements environnementaux planétaires qui ont des impacts sur le climat, les cycles biogéochimiques, la biodiversité animale et végétale ainsi que sur les sociétés humaines (santé, ressources alimentaires, développement socio-économique). L’objectif de ce programme est d’accélérer les recherches françaises ayant une approche intégrée de ces processus se développant à l’échelle de la planète mais générant des impacts d’ordres régionaux. Le programme visera à faire émerger des projets portant sur l’impact, la mitigation et/ou l’adaptation aux changements environnementaux planétaires.

Le programme est structuré en cinq axes :

Axe 1- Usage de l’espace et grands cycles biogéochimiques
Axe 2 – Biodiversité et vulnérabilité du vivant (continental et marin)
Axe 3 – Evolution et gestion prévisionnelle des ressources naturelles
Axe 4 – Changements environnementaux planétaires et santé
Axe 5 – Quelles alternatives pour le développement planétaire sous contraintes environnementales ?