Archives mensuelles : novembre 2015

Nanotechnologies et transition énergétique. Quelques repères

Forum NanoRESP, novembre 2015

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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.

Le schéma suivant résume plus généralement les apports existants (en bleu) ou potentiels (en noir) des nanotechnologies pour l’énergie bas carbone.

 

Sources d’énergie Transformation Distribution Stockage Utilisation
Photovoltaïque
Cellules solaires optimiséesÉolien
Nanocomposites pour pales de turbine, revêtements anticorrosion…

Géothermie Nano-composites et revêtements pour améliorer la conductivité thermique des tuyaux

Nucléaire Meilleures propriétés mécaniques des matériaux de confinement du combustible

Systèmes de production
Nanorevêtements anticorrosion

Thermoélectricité Nanocomposites pour la production d’électricité à partir de chaleur

Nanocatalyseurs pour la production d’hydrogène par électrolyse ou photolyse de l’eau

 

Nanocomposites pour l’isolation des câbles

Nanocapteurs pour compteurs intelligents

Échangeurs de chaleur nano-optimisés

 

Batteries Li-Ion optimisées par électrodes nanostructurées

Supercondensateurs Nanomatériaux pour électrodes

Stockage d’hydrogène dans matériaux nanoporeux ou sous forme d’hydrures solides nanostructurés

Stockage de chaleur Nanomatériaux pour les bâtiments

 

Isolation de bâtiments et des processus industriels par des mousses et des aérogels nanostructurés

Matériaux de construction (béton, préfabriqués, etc.), plus légers et résistants à base de nanocomposites

Éclairage
LED de nouvelle génération, surfaces éclairantes à base de quantum dots

Source : Application of Nanotechnologies for the Energy Sector, Hessian Ministry of Economy, Transport, Urban and Regional Development, 2008.

 Jean-Jacques Perrier

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Notes

[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/

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Liens utiles

D. Noël (coord.), Les nanomatériaux et leurs applications pour l’énergie électrique, Lavoisier, Coll. EDF R&D, 2014.
Voir l’introduction

EuroNanoforum 2015, voir session 1

Energy Materials Industrial Research Initiative (EMIRI)

Guide des énergies renouvelables




Comment les nanotechnologies contribuent-elles à la transition énergétique ?

Mercredi 25 novembre 2015, 17h30-20h,
Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE)
1 rue Gaston Boissier, 75015 Paris

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 ? Ce forum abordera 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 »

 




Les nanomatériaux dans l’alimentation

Compte rendu du forum du 14 octobre 2015

Téléchargez le pdf (1,1 Mo)

Avec :

Eric HOUDEAU, INRA, UMR 1331 ToxAlim, Equipe « Développement intestinal, xénobiotiques & immunotoxicologie », Labex SERENADE, Toulouse

Marie-Hélène ROPERS, INRA, UR1268 « Biopolymères Interactions Assemblages » (BIA), Labex SERENADE, Nantes

Régis LEBOSSé, Responsable du Pôle chimie et physico-chimie des matériaux, Direction des Essais, Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), Trappes

Caroline LOCRE, équipes « Surfaces & Produits fonctionnels » et « Hygiène – Contact alimentaire », Centre technique du Papier, Grenoble




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