Des technologies compétitives au service du développement durable.

De
Au-delà de son rôle clé dans la compétitivité d'un pays, l'innovation technologique est indispensable pour apporter des réponses pertinentes aux défis que pose notre engagement en faveur d'un développement durable en termes de croissance économique, de préservation de l'environnement et de progrès social. La mission de prospective technologique menée par le Centre d'analyse stratégique s'efforce d'éclairer cette problématique en proposant une vision de long terme pour les secteurs de l'énergie, des transports et du bâtiment. Pour chaque technologie étudiée, elle a tenté d'apprécier à la fois la contribution possible en matière de développement durable et le potentiel de compétitivité de la France sur la scène internationale. Ses travaux passent en revue les progrès technologiques susceptibles d'intervenir au cours des prochaines décennies dans les secteurs considérés. Ils examinent les conditions d'une intégration de ces progrès dans les systèmes et sous-systèmes préexistants, et les conditions d'une arrivée à maturité technique, économique mais aussi sociale.
Bergougnoux (J). Paris. http://temis.documentation.developpement-durable.gouv.fr/document.xsp?id=Temis-0077017
Source : http://temis.documentation.developpement-durable.gouv.fr/document.xsp?id=Temis-0077017&n=1558&q=%28%2Bdate2%3A%5B1900-01-01+TO+2013-12-31%5D%29&
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RAPPORTS Août 2012& DOCUMENTS
Des technologies compétitives au service du développement durable
Développement durable
Rapport de la mission présidée par Jean Bergougnoux
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Des technologies compétitives  au service du développement durable    Président
 
Jean Bergougnoux  Rapporteure générale Gaëlle Hossie  Rapporteurs Étienne Beeker Johanne Buba Julien Delanoë Géraldine Ducos Étienne Hilt Aude Rigard-Cerison Aude Teillant  Coordinateur Dominique Auverlot  Assistante Élise Martinez  Avec le soutien du CGEIET Fabrice Dambrine Françoise Roure
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Avant-propos 
« Avant la crise, les États-Unis et le monde entier étaient confrontés à de nombreux problèmes, la nécessité de sadapter au réchaufement climati euqtén tia sap mlendoi re [] Après la crise, ces défis seront toujours là, encore plus importants, mais les ressources dont nous disposerons pour y faire face auront considérablement diminué. » Joseph Stiglitz, Le triomphe de la cupidité (2010)    Le réchauffement climatique, la pollution de notre environnement physique et les tensions sur les ressources fossiles sont autant de défis qui mettent en jeu notre avenir. Nous devrons sans conteste modifier nos comportements mais l’innovation technologique doit parallèlement apporter des éléments de réponse. Dè s lors, ces défis formidables doivent aussi nous apparaître comme des opportunités de différenciation et de création de valeur ajoutée pour nos industries et nos entreprises. Les avancées technologiques dans les domaines de l’énergie, du transport et du bâtiment sont déjà porteuses de promesse s. Dans bien des cas, il reste cependant des sauts technologiques à effectuer avant de pouvoir envisager une diffusion massive : c’est le cas du stockage de l’électricité, des biocarburants de seconde génération, du photovoltaïque et des super-isolants minces, pour ne citer que quelques exemples.  La réflexion menée dans le cadre de la mission de prospective présidée par Jean Bergougnoux s’est efforcée de recenser les technologies porteuses d’avenir dans ces trois domaines clés et, pour chacune d’entre elles, a cherché à identifier l’état de l’art mais aussi les condit ions d’un développement. Les hiérarchiser et n’en retenir qu’une petite sélection n’auraient guère eu de sens : leur importance future dépend bien souvent des sauts technologiques qui pourront ou non intervenir dans les prochaines années. Dans le secteur de la production d’électricité, par exemple, les technologies foisonnent sans qu’il soit possib le aujourd’hui de dire laquelle finira par s’imposer.  Si les entreprises, petites et gr andes, sont les viviers naturels de l’innovation et doivent en rest er les premiers acteurs, le rôle d’accompagnateur de l’État n’en est pas moins crucial. Dans ce contexte, l’identification précise du stade de dévelop-pement des technologies est un enjeu clé pour la puissance publique. Les capacités de financement public deviennent    
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elles aussi une ressource en voie de raréfact ion, à utiliser de manière judicieuse. Ainsi n’est-il plus envisageable aujourd’hui de sout enir par des aides pére nnes de l’État le déploiement massif d’une technologie non compétitive.  L’investissement public doit être adapté à l’état de la technologie : il accompagne les efforts de R & D dans des domaines qui n écessitent des ruptures technologiques, il encourage la réalisation de démonstrateurs pour les technologies dont la faisabilité technique et économique reste à démontrer, il soutient le déploiement à échelle industrielle lorsqu’une technologi e est mature et compétitive.  Il importe dans cette perspective d’élab orer une vision partagée des acteurs de l’innovation – chercheurs et industriels – en matière de prospective technologique, afin d’évaluer les coûts et les performances, actuels et projetés, de ces technologies. Une telle démarche, qui s’inscrit dans le prolongement d’initiatives existantes visant à rapprocher entreprises, universités et organi smes publics de recherche, permettra de rationaliser les choix d’affectat ion des crédits disponibles.  La stratégie de la France doit être do uble : consolider ses atouts en matière d’innovation technologique et s’appuyer sur les ruptures technologiques pour développer son industrie sur des segments de marché où elle est peu présente. Dans un certain nombre de secteurs, notre pays est bien placé au niveau mondial. Il convient de conforter cette position, en accompagnant les actions de recherche – publiques et privées – qui préparent les futures avancées dans ces filières, en veillant à ce que les réglementations n’entr avent pas le développement d’un marché intérieur et en soutenant les efforts à l’expo rtation (des grandes entreprises mais plus encore des PME innovantes). Être précurseur dans la détection et la valorisation d’un saut technologique dans un domaine où l’on était absent doit permettre d’entrer avec succès sur de nouveaux marchés prometteurs. Or notre pays bénéficie d’un avantage concurrentiel important : une recherche publique (CNRS, CEA, etc.) et privée de grande qualité, y compris dans des disciplines que notre industrie a encore insuffisamment valorisées (optoélectroniqu e, nanotechnologies, etc.). C’est en s’appuyant sur cette base scie ntifique que, le moment venu, l’exploitation d’un saut technologique est susceptible de susciter l’essor d’une filière compétitive.  Une autre stratégie, parfois plus onéreuse , mais souvent très efficace, consiste à acheter la technologie au bon moment en se portant acquéreur d’une entreprise qui la maîtrise. La France pourrait ainsi rattraper son retard de compétitivité dans un certain nombre de domaines. Enfin, pour innover, il faut savoir coopérer : la France ne peut pas – ne doit pas – dévelo pper tout, toute seule. À l’échelle européenne, la coopération se révèle fructueuse dans plusie urs domaines de haute technologie. Il est également possible et souhaitable de déve lopper la coopération avec les pays non européens, avec les États-Unis, bien sûr, ma is aussi et peut-être surtout avec les pays émergents, en Asie et en Amérique la tine. Ces pays constitueront des marchés considérables et orienteront par là-même les choix technologiques.  N’oublions pas enfin qu’une nouvelle technol ogie ne pourra se développer que dans la mesure où elle ne suscitera pas de réactio n de défiance parmi la population. À l’État dès lors de créer les procédures d’informat ion et de concertation nécessaires pour mettre en place des processus d’encadrement des nouvelles technologies recueillant l’adhésion de nos concitoyens.   
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Sommaire
 
Synthèse générale ________________________________ 11 ________________ _
gie __________________________________________________________________ Éner 11 Transport ________________________________ 26 _______ _________________________ Bâtiment 32 _________________________________________________________________ Technologies transverses 42 __________________________________________________  Propositions _______________________________________________________ 47  Présentation 53 _______________________________________________________   ÉNERGIE   Introduction 59 _______________________________________________________________
 _______________________________________________________ Le nucléaire 61
1. Les générations de réacteurs : évolutions et révolutions technologiques ____ 63 ___ 2. Une question cruciale : la sûre té des installations nucléaires 72 _________________ 3. Le cycle du combustible __________________ 79 ______________________________  gie enne__________________________________________________ L’éner éoli 97
1. Différentes technologies éolie nnes pour différents marchés 98 __________________
2. Les sauts technologiques attendus pour développer une industrie française___ 100
3. La filière éolienne en France : p e départ _____________________________ oint d 102 : une vision d’avenir à laquelle la France peut aspi _ 4. La filière éolienne en 2030 rer 102  ________________________________________________ L’électricité solaire 105
1. L’énergie solaire photovoltaïque ________________________________________ 106
2. Solaire photovoltaïq ue à concentration__ 113 _________________________________
3. Solaire thermodynamiqu e à concentration (CSP) __________________________ 114  Les énergies renouv elables marines _________________________________119 1. Développements technologiques ___________________________________ 119 _____
2. Aspects systémiques __________________________________________________ 121 franç e/acteur _____________________________________________ 3. Industrie ais s 121  
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L’hydroélectricité ____________ _______123 ______________ ________________
1. L’hydroélectricité dans le contex te énergétique mondial et national __________ 123 2. Les différents types de centrales hy droélectriques et leur contribution à la régulation des systèmes électriques _________________________________ 124 je très différe nts d’un pays à _____________________________ 3. Des en ux l’autre 124 4. Les aspects technolog ques ____________________________________________ 125 i
5. Une position très forte de l’industrie française ________________ 126 _______ ______  La gé ____________________________________________________ othermie 127 es puits can ___________________________________________________ 1. L adiens 129
2. La géothermie très basse énergie 130 _______________________________________
3. La géothermie basse énergie ___________________________________________ 131
4. La gé q __________________________________ 133 othermie dans les îles volcani ues
5. La géothermie profonde 133 ________________________________________________  Réseaux de chaleur et valorisati on énergétique des déchets ____________ 137
1. Progrès sur l p ____________________________________________ 137 es com osants
2. Aspects systémiques 139 __________________________________________________ 3. Industrie française/acteurs ____________________________________ 139 _________  ________________ Conversion de la biomasse en chaleur ou en électricité 141 1. Éléments de contexte 141 __________________________________________________
2. Les techniques de production de chaleur et d’électricité à partir de biomasse __ 142 3. Les voies de progrès technologique 144 _____________________________________  ________________ Carburants alternatifs d’origine biomassique et fossile 147
_____________________________________________________________ 1. Contexte 148
2. Les voies de progrès technologique par types de carburants alternatifs ______ 155 3. Les voies de progrès transvers ales et de type « système »__________________ 163  ectr ques ____________________________________________ 167 Les réseaux él i  Réseaux électriques intelligents ou smart grids_______171 ________________ 1. Définition 171 _____________________________________________________________ 2. Pour un positionnement stratégique mondial _____________________________ 171 3. État des lieux : quelqu ments de context ___________________________ es élé e 172 4. Marché des réseaux actu el et en prévision ____ 173 ___________________________ 5. Quelques objectifs pour les smart grids en Europe________________________173 6. Intelligence des réseaux : po urquoi et pou qu __________________________ r i ? 174 7. Principaux verrous technologiques ______________________________________ 177
8. Protocoles, standards et verrous politiques _______________________________ 179
écon q _____________________________________________ 9. Verrous socio omi ues 180
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Sommaire
10. Besoins de R & D 180 _____________________________________________________
11.  Comment développer les smart grids ?______________________________181 ____ 12. Questions économiqu es et financières __________________________________ 183  Le stockage station naire d’énergie __________________________________ 185
1. Hydrocarbures liquides ou gazeux : le cas du stockage souterrain du gaz naturel _____________________________________________________ 185 ___ 2. Le stockage stationnaire d’électricité ____________________________________ 187   pplications industr ielles de l’ __________________________ Les a électricité 199 1. Progrès technologiques sur les composants ______________________________ 199
rie et acteurs f nç ____________________________________________ 202 2. Indust ra ais  Captage, transport, stockage et valorisation du CO2___________________203 _____________________________ 1. Le captage, transport, stockage de CO2_____ 204 _______________________________________________ 2. La valorisation du CO2__ 209  hydr ______________________________ Les ocarbures non conventionnels 211 1. Contexte 212 ____________________________________________________________ 2. Hydrocarbures non conventionnels et hydrocarbures de roche-mère 213 ________
3. La fracturation hydraulique et les interrogations environnementales qu’elle peut susciter 216 ___________________________________________________ 4. Analyse en cycle de vie bdes hydrocarbures non conventionnels ____________ 218 5. Avant toute exploration, comp rendre le milieu géologique __________________ 219 6. La fracturation hy ulique et les techniques associées ____________________ dra 219
7. Les questions spécifiques li ées à l’utilisation de l’eau 222 ______________________
8. Aspects législatifs et réglementaires _____________________________________ 223
Conclusions et recommandations 225 __________________________________________  Les perspectives technologi ques dans le raffinage ____________________229
______________________________ 1. Conversion des bruts lo urds et extra-lourds 229
2. Déséquilibre de la de mande gazole/essence______________________________ 230
________________________________________ 3. Désulfuration des fiouls de soute 230
émissions d ga __________________________ 4. Réduction des e z à effet de serre 231 ______________________________________________ 5. Biocarburants et raffinerie 231 6. L’industrie françai se du raffinage _____________ 232 ___________________________ Annexe : principe de foncti onnement d’une raffinerie _________________________ 232  L’hydrogène ______________________________________________________ 235
1. L’hydrog ne-énergie et les pile s à combustible : défi _________________ è nitions 235
2. Le champ des applications de l’hydrogène-énergie et des piles à combustible __ 236
3. Production de l’hydrogène _____________________________________________ 236
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4. Les enjeux d’avenir 237 ____________________________________________________
5. Les paramètres clés ___________________________________________________ 239 6. Verrous et leviers 239 ______________________________________________________ _________________________________________________ 7. Les acteurs industriels 241
Interaction gie _________________________________________ 243 s eau et éner
1. Production d’eau potable et énergie : le dessalement 243 ______________________ 2. Traitement des eaux ré siduaires et énergie 245 _______________________________   TRANSPORT
 
Introduction 249 _____________________________________________________________  p _____________________________________________ Le véhicule articulier 251 1. Contexte 252 _____________________________________________________________ 2. Types de motorisations ________________________________________________ 252 3. Le véhicule thermique : dimportants gains apportés par le downsizing du moteur 253 ____________________________________________________________ 4. Le véhicule hybride thermique-élec trique : une variété d’optimisations possibles selon l’usage choisi ____________ 255 ______________________________ 5. Le véhicule électrique : un avenir étroitement lié aux progrès réalisés _______________________________________________________ sur les batteries 256 6. Allègement et amélioration de l’ar chitecture du véhicule : une multiplicité de g _____________________________________________________________  ains 260 7. Compétitivité de la filiè re automobile française 262 ____________________________  L’aéronautique____________________________________________________ 265
1. Contexte 265 _____________________________________________________________
2. Des progrès incrémentaux su r la structure de l’avion ______________________ 267
3. Innovations importantes en matière de propulsion _____ 268 ____________________
4. L’efficacité énergétique des appa reils de bord : des gains faibles mais multiples ________________________________________________________ 269 5. Les technologies de l’information et de la communication : gestion du trafic aérien_________________________________________________ 270 6. Compétitivité de la filiè re aéronautique française __________________________ 271  Le secteur mariti me et fluvial 273 _______________________________________
1. Contexte 273 _____________________________________________________________
______________________________________________ 2. Structures et revêtements 275
3. Le moteur et la production d’énergie______________ 276 _______________________
op re ___________________________________________________ 4. Pr ulsion du navi 276
5. Gestion de l’énergie à bord _____________________________________________ 277
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