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Comment les nanotechnologies contribuent-elles à la transition énergétique ?

nanotechnologies
La transition énergétique, qui vise à accroître l’efficacité énergétique et la part des sources renouvelables dans le « mix énergétique », implique que de nouvelles solutions technologiques se mettent en place et qu’elles soient acceptées par la société. Que peuvent apporter exactement les nanotechnologies, qui semblent avoir un fort potentiel d’innovation dans ce domaine ? Certains nanomatériaux peuvent-ils répondre aux défis de capture de l’énergie (photovoltaïque, thermoélectricité), de son stockage (batteries, hydrogène) et de l’isolation des structures et des bâtiments ? Sont-ils sûrs pour l’environnement ? Le forum NanoResp de novembre 2015 a abordé les atouts et inconvénients des nanotechnologies, leurs coûts et leur perception sociale du point de vue de leurs applications énergétiques.
 
Avec :
- Didier Noël, chercheur senior en chimie et nanotechnologies, EDF R&D
Le paysage des nanotechnologies appliquées à la transition énergétique
- Negar Naghavi, directrice de recherche au CNRS, Institut de Recherche et Développement sur l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP)
Les nanotechnologies et le photovoltaïque
- Caroline Petigny, responsable développement durable et relations scientifiques, BASF France
Nanotechnologies et efficacité énergétique
- Mathieu Brugidou, chercheur senior en sociologie, EDF R&D
Applications des nanotechnologies à l’énergie : les différentes modalités de la prise en compte du public
- Fernand Doridot, enseignant-chercheur, Centre Ethique Technique et Société (CETS), ICAM de Lille
Cycle de vie, gains énergétiques, toxicité… Contre-arguments et critiques opposés au programme des « nanotechnologies vertes »
 

Nanotechnologies et transition énergétique. Quelques repères

Contexte
 
La demande d’énergie mondiale devrait augmenter de 30 % d’ici 2040 et celle d’électricité de 70 %, selon l’Agence internationale de l’énergie[1]. Or le changement climatique impose de recourir à davantage d’« énergies bas carbone » et de diminuer la part des énergies fossiles dans la consommation, ce qui aurait aussi l’intérêt de diminuer le fardeau économique de l’approvisionnement en pétrole et en gaz et de sécuriser la production.
 
Dans l’Union européenne, le « cadre pour le climat et l’énergie »[2], adopté en octobre 2014, et la feuille de route pour l’énergie à l’horizon 2050[3] fixent trois grands objectifs pour 2030 :
- réduire les émissions de gaz à effet de serre d’au moins 40 % par rapport aux niveaux de 1990 ;
- porter la part des énergies renouvelables à au moins 27 % ;
- améliorer l’efficacité énergétique d’au moins 27 %.
En France, la loi de transition énergétique, publiée le 18 août 2015[4], reprend ces objectifs, mais de nombreux décrets d’application manquent encore[5]. Concernant la fourniture d’électricité, l’Ademe a publié récemment une étude afin de « mettre en lumière les freins ainsi que les mesures à mettre en œuvre pour accompagner une politique de croissance massive (80 % ou plus) des énergies renouvelables électriques »[6]. Dans ce scénario, le développement de solutions de stockage de l’énergie de différentes tailles apparaît primordial.
 
Les nouvelles technologies de l’énergie
 
Dans une récente étude, l’Institut Fraunhofer pour les systèmes et l’innovation (ISI, Karlsruhe), pour le compte de la Commission électrotechnique internationale (CEI), conclut que les nanotechnologies vont beaucoup apporter au secteur de l’énergie, particulièrement au solaire et au stockage, constituant un pilier de la transition énergétique[7].
 
Solaire photovoltaïque
En plus des filières actuelles du silicium monocristallin ou polycristallin, les nanotechnologies pourraient permettre, par exemple, d’utiliser du silicium nanostructuré (nanofils), au meilleur rendement, et favoriseraient l’émergence de nouvelles filières photovoltaïques.
 
Stockage d’énergie
– Piles à combustible : par exemple, dans les piles à membrane échangeuses de protons (PEMFC), la tenue mécanique en température et la résistance au gonflement de la membrane peuvent être améliorées par des nanoparticules de silice.
– Le stockage d’hydrogène sous forme d’hydrures de magnésium (MgH2) solides et nanostructurés, en couplage avec un générateur d’hydrogène par électrolyse ou photolyse de l’eau, pourrait devenir compétitif. L’hydrogène peut ensuite alimenter des piles à combustible ou être transporté pour d’autres applications comme les centrales à cogénération[8].
– Supercondensateurs : l’utilisation de nanomatériaux devrait augmenter leur capacité de stockage d’énergie
– Accumulateurs électrochimiques : la nanotexturation des matériaux d’électrode permet d’obtenir une meilleure capacité des batteries de type lithium-ion ou de mettre au point des technologies alternatives.
 
 

Les nanomatériaux et leurs applications pour l'énergie électrique, Lavoisier, Coll. EDF R&D, 2014. 

EuroNanoforum 2015 voir session 1

Energy Materials Industrial Research Initiative (EMIRI)

Guide des énergies renouvelables 

 
[1] http://www.iea.org/
[2] http://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2030/index_fr.htm
[3] http://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2050/index_fr.htm
[4] http://www.developpement-durable.gouv.fr/La-loi-de-transition-energetique,40895 ; http://www.vie-publique.fr/actualite/panorama/texte-discussion/projet-loi-relatif-transition-energetique-pour-croissance-verte.html
[5] http://www.lemoniteur.fr/article/loi-transition-energetique-le-calendrier-des-decrets-devoile-30059045
[6] http://www.ademe.fr/mix-electrique-100-renouvelable-analyses-optimisations
[7] http://www.iec.ch/about/brochures/pdf/technology/IEC_TR_Nanotechnology_LR.pdf
[8] http://www.mcphy.com/