Quelques domaines prioritaires peuvent être identifiés :

• la préparation des technologies nucléaires du futur ;
• l'utilisation accrue et optimisée de la biomasse ;
• l'optimisation des technologies liées à l'emploi des autres énergies renouvelables, en particulier l'énergie solaire et la géothermie ;
• le captage et le stockage du dioxyde de carbone.

La production d'électricité à partir de l'énergie nucléaire de fission constitue un moyen d'éviter les émissions de gaz à effet de serre qui accompagnent le plus souvent la production d'électricité. De ce point de vue, l'énergie nucléaire apporte d'ores et déjà une contribution significative à la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, les systèmes nucléaires imposent également des contraintes liées à la sécurité des installations et à la gestion des déchets. Il apparaît donc pertinent de disposer d'une nouvelle génération d'installations qui, outre une meilleure utilisation des ressources d'uranium naturel disponibles, pourrait présenter des atouts renforcés de ce double point de vue : intégration renforcée de la gestion des déchets au cycle nucléaire, sécurité accrue des installations. La disponibilité de technologies de réacteur de 4^ème génération constituerait un atout précieux pour un recours à l'électricité dans des usages encore plus diversifiés qu'actuellement, dès lors que le contenu en gaz à effet de serre de l'électricité produite serait très faible. Par ailleurs, ils pourraient contribuer à terme à une meilleure valorisation de la ressource énergétique contenue dans l'uranium.

Parmi les renouvelables, l'offre de solution est très ouverte et de nombreuses solutions sont candidates pour produire de l'énergie thermique, de l'électricité ou des carburants de substitution au pétrole sans être dépendantes de stocks miniers, ni émettre de dioxyde de carbone.

Bioénergies, géothermie, chauffage thermodynamique (qui valorise la chaleur de la terre ou de l'eau), solaire thermique, solaire photovoltaïque, solaire à concentration, énergie éolienne, énergie hydraulique, énergies marines sont des filières qui ont toutes dépassées le stade de la faisabilité, mais dont le développement a atteint des stades de maturité inégaux, souvent du fait des efforts de recherche et de développement qui ont été consentis. Le potentiel de toutes ces filières est intéressant, néanmoins, à un moment donné, un certain nombre de critères sont mis en jeux pour orienter les priorités. Parmi ces critères ont retiendra le potentiel énergétique et sa contribution à l'indépendance énergétique, l'impact environnemental en émissions polluantes, en effluents, la nature des verrous technologique à lever ainsi que la présence et la motivation des acteurs susceptibles d'en porter le développement…

La biomasse constitue une des ressources fondamentales pour diversifier le bouquet énergétique. En particulier, elle pourrait offrir une alternative partielle crédible aux combustibles d'origine fossile si le cycle de production et de transformation de la ressource était optimisé par rapport aux options actuelles et rendu économiquement plus performant.

Les bio-ressources peuvent constituer une solution majeure de production de combustibles ou de carburants, de chaleur ou d'électricité. Il s'agit également de développer l'utilisation de la biomasse pour les autres usages, encore dépendants des hydrocarbures (matière première à usage chimique) au travers l'animation du groupement d'intérêt scientifique AGRICE.

Il s'agit de déterminer des itinéraires culturaux permettant d'obtenir une production de biomasse avec un rendement de matière sèche ou de réserves lipidiques élevé, tout en minimisant les impacts environnementaux, et de mettre au point les technologies qui permettront d'exploiter la partie ligno-cellulosique des plantes.

Sur le premier point, des développements en terme d'acceptabilité, de concurrence d'usage des sols sont nécessaires. Le choix des priorités entre les différentes filières de valorisation des bio ressources (alimentation, chimie, énergie, et au sein de cette dernière catégorie : carburants, combustibles, électricité, …) relèvent de cette même approche.

Pour les technologies, deux pistes coexistent, l'une thermochimique qui passe par la production d'un gaz de synthèse, l'autre par la vois biologique en réalisant une hydrolyse enzymatique. Dans les deux cas des démonstrations seront nécessaires. La voie biologique est plus difficile sur le plan scientifique, alors que la voie thermochimique pose davantage de problèmes technologiques. L'absence d'industriels français très moteurs sur la piste thermochimique et l'efficacité potentielle plus importante de la bio transformation peuvent inciter à retenir une priorité, si cela s'avérait nécessaire, sur cette dernière voie. La conversion thermique de la biomasse a atteint un degré de maturité important et appelle désormais plus un accompagnement de l'innovation qu'un programme de recherche massif.

L'énergie photovoltaïque représenterait un potentiel très important s'il existait des technologies plus efficaces et moins coûteuses. De ce point de vue, elle appelle une attention particulière.

La France dispose d'une forte compétence de recherche dans le domaine photovoltaïque, tant privée que publique, et d'acteurs industriels présents sur le territoire national. Les enjeux énergétiques de cette option relèvent du moyen et long terme et nécessitent un appui public à la R&D ainsi qu'une forte articulation entre les laboratoires publics et les entreprises.

La filière est segmentée en 3 volets :

• le silicium cristallin, qui atteint la maturité technologique et mais doit réduire ses coûts ;
• les couches minces, moins matures, mais dont on attend à moyen terme une baisse significative des coûts de production, quitte à accepter un rendement plus faible ;
• les cellules organiques, regroupant les applications à plus long terme avec des coûts très réduits.

Un axe de recherche important concerne la mise en système de ces équipements, pour en obtenir la meilleure valeur ajoutée tant en termes économiques qu'en termes d'usages et d'utilité pour l'utilisateur. Ce volet doit être développé car il existe d'ores et déjà des niches dans lesquelles ces applications pourraient avoir un rapport coût bénéfice favorables et où pourrait se développer un marché en appoint des soutiens publics.

Enfin, la voie de la capture et du stockage du dioxyde de carbone est considérée au niveau international comme incontournable pour continuer à utiliser à moyen / long terme les énergies fossiles (notamment le charbon) dans les grandes installations fixes. Elle constitue une approche intéressante en complément du déploiement de technologies non productrices de gaz à effet de serre. En effet, pour la part énergétique qui nécessiterait en tout état de cause le recours à des énergies fossiles, elle offrirait la possibilité de s'affranchir des rejets atmosphériques de gaz. Il s'agit ainsi d'une voie de recherche complémentaire et qui appelle encore d'importants développements en termes de démonstration. En articulation avec le volet capture et stockage, il convient de noter l'importance de technologies d'utilisation efficace du charbon, que ce soit par pour la combustion avec les installations correspondantes ou pour les diverses transformations du charbon avec les procédés nécessaires.

Les enjeux de recherche sont multiples et peuvent être déclinés tant par secteur que de manière plus générique. Là aussi, quelques domaines prioritaires peuvent être identifiés :

• le stockage de l'énergie ;
• le domaine du bâtiment ;
• les transports ;
• les piles à combustible et la production d'hydrogène.

Le stockage de l'énergie représente un enjeu majeur. En effet, la capacité de stocker et transporter l'énergie représenterait un atout important dans la réduction des déperditions actuellement constatées. En outre, le développement des productions décentralisées d'énergie, notamment renouvelables et intermittentes, confère une place importante aux technologies de stockage. Les réseaux de distribution de l'énergie seraient ainsi conduits à jouer davantage un rôle de mutualisation des besoins et des excédents de production décentralisée, modifiant ainsi leur conception et leur gestion (bâtiments à énergie positive). Ces enjeux s'appliquent aux réseaux d'électricité, de chaleur, voire aux potentiels réseaux d'hydrogène. Il s'agit de recherches à caractère technologique, incluant le stockage électrochimique, mais également de recherche sur les usages et sur les interactions entre modes de consommation de l'énergie et fonctionnement des réseaux.

Le stockage de l'électricité représente également un enjeu considérable dans le domaine des transport si les technologies, notamment électrochimiques, permettent d'améliorer les capacités massiques et volumiques de stockage, la fiabilité des batteries et leur longévité. C'est également une composante essentielle de la gestion des flux dans la production décentralisée qui vise les applications stationnaires, avec des contraintes de capacité massique ou volumique moindre que dans le transport. L'obtention des batteries embarquées permettant une autonomie de 200 kilomètres et commercialisées à un coût compétitif pourrait être envisagé vers 2015 si les espoirs fondés sur les recherches actuelles se matérialisent.

Le domaine du bâtiment appelle un effort déterminé pour concevoir des édifices dont la consommation énergétique soit fortement réduite dans un premier temps, puis s'attache à utiliser au mieux les sources d'énergies renouvelables. L'effort de recherche devrait viser non seulement la conception des bâtiments du futur, mais également la mise au point de technologies de rénovation innovantes dans un contexte où le taux de renouvellement du parc immobilier est faible.

La réalisation commerciale de bâtiments neufs dont la consommation énergétique est inférieure à 50 kWh/m²/an devrait être obtenue avec un surcoût acceptable à l'horizon 2015-2020 moyennant un important effort de formation des professionnels du secteur et l'amélioration des technologies déjà disponibles. En revanche la réhabilitation des bâtiments existants à des niveaux de performance équivalent aux seuils réglementaires du neuf (80 kWh/m²/an) voire inférieurs (50 kWh/m²/an), et à des coûts acceptables, nécessite encore des recherches, des développements et des démonstrations. A l'horizon 2010 ces technologies devraient être disponibles et commencer à pénétrer les marchés de la construction. La réalisation de bâtiment à énergie positive par l'intégration d'énergies renouvelables dans le bâti devrait pouvoir être banalisée dans le neuf en à l'horizon d'une ou deux décennies. Ces gains d'efficacité sont cohérents avec l'objectif d'une division par 4 des émissions de ce secteur d'ici 2050.

En matière de transport , une première ligne d'action consiste à poursuivre les efforts déjà engagés pour améliorer les technologies existantes en termes de réduction des consommations. Au-delà, il convient d'examiner les technologies alternatives de propulsion qui pourraient utiliser des technologies peu productrices de gaz à effet de serre et s'affranchiraient du recours à des énergies fossiles : véhicules électriques, véhicules dotés de piles à combustibles. Une précision s'impose toutefois : s'il est plus commode pour l'exposé de traiter les technologies par domaine d'application, il convient toutefois de ne pas perdre de vue l'approche intégrée. En effet, la pertinence d'une solution électrique ou hydrogène suppose parallèlement d'une part la disponibilité de technologies de production efficaces, d'autre part un réseau de distribution adéquat.

A court et moyen terme des gains très importants peuvent encore être réalisés sur les véhicules et motorisations « classiques » (combustion, poids, frottements, aérodynamisme…). Un gain de 30% est envisageable à l'horizon 2015-2020 et de 50% à l'horizon 2030. Ces gains sur les véhicules essence et diesel peuvent s'accompagner de l'hybridation progressive des véhicules si des progrès sont obtenus dans la recherche sur les batteries. A l'horizon 2020-2025 la part des véhicules alternatifs (électriques, hybrides…) pourrait atteindre de l'ordre de 10% du bilan énergétique de l'automobile, les biocarburants assurant de l'ordre de 15% de la consommation (75% des carburants seraient, à cet horizon encore d'origine fossile) compte des délais de la recherche et de la pénétration dans les marchés. L'utilisation de l'hydrogène dans des véhicules à piles à combustibles pourrait émerger vers 2025 si des gains progrès importants sont obtenus sur les technologies (performance, fiabilité et baisse des coûts).

L'approche actuelle et à court terme peut être qualifiée de « sans regret » : les recherches s'orientent sur des éléments de technologie qui pourront trouver leur utilité quel que soit le modèle technologique finalement retenu pour les transports. Le secteur des transports appelle en ce sens une réflexion plus globale sur son devenir : verra-t-on comme par le passé une technologie prendre le pas sur toutes les autres, ou va-t-on vers une coexistence de plusieurs technologies sobres ? A cet égard, au delà des technologies, le développement de nouvelles formes d'organisation de la mobilité en ville et le degré d'étalement urbain pourraient notamment avoir un impact important sur le modèle de transport futur.

Le développement des piles à combustible et la production d'hydrogène. L'émergence d'un nouveau vecteur énergétique pourrait constituer une opportunité intéressante. Un premier point d'application se situe dans le domaine des piles à combustible stationnaires : on peut attendre à moyen terme le développement d'usages stationnaires (premières applications envisageables en 2015) et à plus long terme des développements pour les usages embarqués (début de commercialisation envisageable en 2025-2030 et part de marché significative en 2050).

A la frontière entre les deux thématiques précédentes doit également être soulignée la problématique de la production et de l'utilisation décentralisée. Depuis la fin du XIX ème siècle, la prise en compte des besoins énergétiques nouveaux s'est le plus souvent traduite par le développement de réseaux de production et de distribution de l'énergie. Ces derniers sont apparus comme des formes très efficaces et rationnelles de prise en compte des besoins énergétiques. Ils se sont progressivement substitués à des formes plus locales d'utilisation. Toutefois, ces réseaux présentent leurs limites tant en termes d'extension possible que d'efficacité énergétique optimale. Aussi, une réflexion sur l'utilisation décentralisée de l'énergie apparaît pertinente dans le cadre de la politique de recherche. Elle se situe en effet à la jointure entre les préoccupations de maîtrise de l'énergie, d'implication accrue du citoyen, d'émergence de nouveaux vecteurs énergétiques permettant un stockage local de l'énergie (cas des piles à combustible avec un stockage intermédiaire d'hydrogène). De plus, cette question nécessite également un éclairage socio-économique sur le développement de telles pratiques. Il s'agit donc d'une problématique transversale et qui devrait recueillir au cours des années à venir une attention renforcée.

Les indications précédentes n'épuisent évidemment pas le panorama des technologies ou des options pertinentes pour explorer de nouvelles solutions énergétiques. Il existe en effet des thématiques de recherche dont le développement s'inscrit dans une perspective temporelle plus lointaine que 2050, ainsi la fusion thermonucléaire contrôlée. Par ailleurs, d'autres thématiques de recherche sont susceptibles d'apporter une plus-value de moindre importance, mais néanmoins nécessaire dans une perspective de diversification du bouquet énergétique. Enfin, sans que cela renvoie à la nécessité d'investissements de recherche majeurs, certains domaines appellent la poursuite de développements destinés à renforcer l'efficacité et la compétitivité des technologies correspondantes. Ces divers aspects seront déclinés de manière plus détaillée dans la prochaine section du rapport qui passera en revue l'ensemble des thématiques de recherche.

La mise en œuvre de la stratégie et son évolution

La loi du 13 juillet 2005 a demandé qu'une stratégie de recherche en matière énergétique soit élaborée. Cet exercice apparaît d'autant plus utile que la diversité des problématiques liées à l'énergie et celle des acteurs impliqués suppose que les divers protagonistes partagent une vision commune des thèmes d'intérêt des perspectives de développement. Tel est l'un des objets principaux du présent document.

Au-delà de cet acquis, plusieurs éléments apparaissent nécessaires pour que la mise en œuvre des orientations stratégiques puisse s'effectuer de manière satisfaisante :

• une évaluation régulière de l'avancement des diverses voies de recherche devra être effectuée afin de permettre une actualisation de la stratégie de recherche. Cette évaluation devra être conduite dans le cadre d'une instance où les divers points de vue puissent être confrontés ;
  
  
• les interventions des différents acteurs devront prendre en compte les différents aspects du développement des recherches : aspects cognitifs, développement, démonstration. Dans chaque domaine, les priorités stratégiques devront, autant que faire se peut, être déclinées sous forme de plans de développement en identifiant bien les apports spécifiques de chaque acteur ;
  
  
• la coopération internationale devra être une priorité afin de concentrer les investissements conduits par la recherche publique sur les verrous technologiques les plus significatifs ;
  
  
• les recherches devront être régulièrement examinées dans une perspective systémique afin de s'assurer de la cohérence des divers développements et de leur capacité à s'insérer dans une perspective cohérente en termes de politique énergétique (de manière élémentaire, on mentionnera la nécessaire cohérence en termes de rythme de développement entre la disponibilité d'une ressource et les outils nécessaires pour en tirer parti) ;
  
  
• un outil de suivi des ressources mobilisées et de la conformité par rapport aux prévisions devra être mis au point et régulièrement tenu à jour.

Il convient également d'attirer l'attention sur l'état d'avancement actuel de la réflexion. Le passage en revue des diverses thématiques de recherche liées à l'énergie (cf. infra) fournit une première vision d'ensemble. La présente section s'est efforcée de souligner les points forts sur lesquels l'accent devrait porter compte tenu des compétences dont dispose la recherche française et de leur intérêt intrinsèque pour l'élaboration d'un avenir énergétique durable. Cela conduit à mettre en évidence quelques thématiques prometteuses qui appellent un effort de recherche concerté. Cette description des principales voies et ce premier jugement sur leurs atouts respectifs ne constitue pour autant qu'une première approche.

Il serait également nécessaire de consacrer une attention accrue à une approche transversale des questions énergétiques. L'intégration entre approche technologique et apport des sciences de l'homme et de la société a déjà été mentionnée. Cet aspect devrait faire l'objet d'une attention soutenue, en particulier sous forme de programmes de soutien à la recherche réunissant les deux aspects. Au registre des approches transversales, il serait utile de développer des évaluations transversales permettant de disposer d'une vision globale de l'impact énergétique de diverses formes d'organisation de la société ou de l'industrie. En effet, il ne suffit pas de disposer des meilleures technologies énergétiques, chacun étant la plus sobre individuellement, si la combinaison de ces dernières ne se réalise pas harmonieusement pour répondre aux enjeux actuels en matière d'environnement et de changement climatique. A titre d'exemple, l'approche au travers du prisme du contenu en carbone des divers produits ou encore la hiérarchisation des enjeux en matière de réduction des émissions de gaz à effet, appréhendés sur le long terme, seraient des thèmes à approfondir.

Il s'agit en effet du premier exercice du genre qui demande encore à être approfondi. Il conviendrait en particulier de mieux cerner le poids respectif des différents domaines et de définir plus précisément les trajectoires industrielles associées. Ce travail d'approfondissement pourrait être assuré dans le cadre d'une déclinaison de la stratégie menée par les acteurs du domaine impliqués dans les différents champs techniques. En particulier, le haut conseil de la science et de la technologique ainsi que les agences publiques en charge de la recherche pourraient apporter une contribution importante à cette transcription de la stratégie dans la pratique. En termes de processus, le présent rapport pourrait être soumis à une large discussion, conduisant à préciser les analyses et à mobiliser les acteurs autour de quelques thèmes, favorisant ainsi les processus d'organisation de la recherche. A l'issue de cette étape, une nouvelle version tenant compte des apports de chacun des acteurs pourrait être produite, conduisant à une focalisation accrue sur les thèmes retenus comme indispensables à l'issue de cet examen

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie, DGEMP, 15/05/2007