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- 17 décembre 20098 mars 2010 - Ouverture de l’appel à projet 2010 : volet socio-économie de l’énergie
Formulaire de présentation du dossier à renseigner avec soin
L’énergie fait partie, avec l’eau, des deux « matières premières » les plus déterminantes pour toute collectivité humaine désireuse de poursuivre son développement. C’est précisément l’existence d’une énergie abondante et très bon marché qui a rendu possible la mondialisation économique effrénée de la planète dans les dernières décennies du XXe siècle.
Cette période faste a permis, dans un premier temps, aux pays industrialisés (PI) d’atteindre un niveau de vie élevé, et dans un deuxième temps, à partir des années 80, aux pays émergents (PE) les plus importants de véritablement décoller. Mais ce résultat a été obtenu au prix d’une lourde hypothèque pour les temps à venir : la mondialisation a puisé trop largement dans les ressources énergétiques fossiles. Il en résulte pour la planète la perspective à la fois :
La situation actuelle est donc caractérisée par un contexte d’urgence et de contrainte. L’urgence, c’est de s’engager rapidement dans des réductions sévères de nos émissions de gaz à effet de serre afin de tenir les objectifs fixés pour 2050 (division par quatre pour les pays développés). La contrainte, c’est la réorganisation en profondeur de nos sociétés pour s’affranchir des énergies fossiles, en faisant appel à des sources d’énergies alternatives et à des modes de production et de consommation énergétiquement beaucoup plus sobres.
Les nouvelles technologies énergétiques (NTE) requises pour sous-tendre un tel système énergétique propre et durable s’inscrivent dans un réseau de contraintes extrêmement sévères, tant techniques que socio-économiques. La finalité première du Programme Interdisciplinaire Energie est de contribuer au développement au sein du CNRS d’une forte capacité de réflexion « systèmes » à l’interface des disciplines pour à la fois intégrer les dernières avancées de la recherche et ouvrir la voie aux différentes options technologiques énergétiques les plus prometteuses.
Les projets proposés devront donc s’attaquer à des enjeux majeurs d’un système énergétique propre et durable, être largement pluridisciplinaires et comporter une prise de risque scientifique certaine. Les projets pourront prendre la forme d’un Projet Exploratoire (PE), d’une durée d’un an, ou d’un Projet de Recherche (PR), d’une durée de trois ans. Les projets de recherche peuvent inclure des partenaires industriels, mais ils prennent alors la forme d’un Projet de Recherche « Contractualisée » (PRC), de même durée (trois ans).
L’appel à projet est également ouvert à tout projet scientifiquement excellent se proposant de mettre en œuvre une approche « système » pluridisciplinaire, soit en vue de la maîtrise applicative d’une technologie de rupture, soit dans le but de positionner le CNRS sur de nouveaux enjeux énergétiques déterminants. Il s’agira de Projets dits « Blancs » (PB), mais qui selon leur nature devront ressortir d’un PE, d’un PR ou d’un PRC, en remplissant respectivement les mêmes spécifications et obligations, mais sur des thématiques non fléchées au titre de cet appel à projet.
Les thématiques de l’Appel à Projet 2010
Quatre axes ont été retenus, hors socio-économie de l’énergie, thème qui fera l’objet d’un appel à projet spécifique fin janvier 2010 :
Présentation détaillée des thématiques ciblées
1. Contribution des sciences de base : nanosciences et catalyse
Les projets attendus ont pour objectif de révéler ou de mieux établir les ruptures que peuvent apporter les sciences de base dans le domaine de la production, du stockage, de la conversion et de l’usage de l’énergie. Les sciences de base retenues au titre de l’appel 2010 sont : nanosciences et catalyse.
Les recherches proposées pourront avoir pour objet :
2. Réduction du contenu carbone de l’offre énergétique
2.1 Production d’énergie électrique décarbonée
2.1.1 Thermoélectricité
La récupération de chaleur fatale par voie thermoélectrique requiert de nouvelles solutions en termes de matériaux mais aussi en termes de mise en œuvre de nouvelles architectures de dispositifs. Le fonctionnement de ces dispositifs au sein d’un système impose par ailleurs de décrire une thermodynamique commune à l’ensemble du système. Les thèmes retenus sont donc les suivants :
2.1.2 Filière photovoltaïque
L’appel à projet est centré sur le développement de matériaux et d’architecture de cellules permettant soit d’augmenter substantiellement les rendements de conversion (cellules PV de troisième génération, couches minces à large spectre d’absorption), soit de concrétiser les perspectives de cellules PV à très bas coût (PV organique/hybride). L’appel porte également sur l’enjeu transverse des électrodes transparentes.
Cellules PV de 3ème génération pour les très hauts rendements
Cellules PV en couches minces à large spectre d’absorption
Cellules PV organiques visant les très bas coûts
Electrodes transparentes pour cellules PV
2.1.3 Conversion solaire thermodynamique
La conception de récepteurs solaires innovants pour la conversion de l’énergie solaire concentrée à haute et à très haute température, est associée en particulier à un déploiement à grande échelle (plusieurs dizaines de GW dans le cas du Plan Solaire de l’UPM) de centrales solaires thermodynamiques dans les zones arides et désertiques. Le concept retenu de cycle solaire combiné (turbine à gaz + turbine à vapeur) doit conduire la centrale solaire à atteindre un rendement de 30 %, (gain de 50 % par rapport aux performances actuelles). Cinq défis scientifiques relevant de la science des matériaux et de la thermique à haut flux sont posés pour atteindre cet objectif, outre l’approche système :
2.1.4 Stockage électrochimique de l’électricité
Le stockage de l’électricité est un enjeu critique tant des réseaux, qui ont besoin de plus de souplesse pour intégrer les énergies renouvelables intermittentes, que des véhicules électriques et hybrides, qui souffrent d’un manque d’autonomie face aux véhicules conventionnels « essence » ou « diesel ». Une recherche amont est nécessaire afin de définir de nouveaux matériaux et systèmes pouvant répondre au cahier des charges de ces applications. Les thèmes retenus sont les suivants :
2.2 Optimisation de la conversion du carbone
Une maîtrise plus complète et plus profonde de la chaîne du carbone est une nécessité impérieuse pour atteindre les objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO2 d’un facteur 4 pour la France d’ici 2050. Les thèmes ciblés concernent la conversion thermochimique de la biomasse lignocellulosique, la combustion à faible bilan de CO2, les avancées originales en matière de stockage ainsi que la chimie de valorisation du CO2.
2.2.1 Thermochimie de la biomasse lignocellulosique et carburants alternatifs
Cette voie comporte encore de nombreux points durs résultant d’un manque de connaissance et de maîtrise des phénomènes. Les projets s’inscriront dans les thèmes suivants :
2.2.2 Combustion et CO2
Les projets devront se focaliser sur l’étude de nouveaux régimes de combustion et de réduction des émissions polluantes avec captage innovant du CO2 :
2.2.3 Stockage géologique du CO2
La priorité sera donnée à la prédiction du comportement du CO2 (couplage écoulements/chimie/ thermique/géo-mécanique) et du puits d’injection pour le stockage géologique à long terme (carbonatation minérale in-situ et ex-situ, accélération et maîtrise du déroulement des cycles redox du carbone dans le sous-sol). Les travaux sur les méthodes de surveillance innovantes seront les bienvenus.
2.2.4 Chimie de valorisation du CO2
La fixation du CO2 sous forme de produits chimiques ou énergétiques peut s’avérer préférable à une séquestration dans le sous-sol. Cependant, la chimie du CO2 est difficile du fait de la stabilité intrinsèque de la molécule et de nombreuses barrières critiques doivent être encore surmontées. L’objectif est ici de réaliser un état de l’art sur les principales pistes permettant de fixer des volumes importants de CO2 (ex : réduction du CO2 par H2) et d’évaluer leurs perspectives actuelles compte-tenu des dernières avancées des sciences de base, nanosciences et catalyse en premier lieu.
3. Hydrogène et piles à combustible
La valeur stratégique de l’hydrogène en tant que vecteur énergétique réside avant tout dans ses potentialités respectivement pour les applications « transport » et pour la gestion des sources d’énergie intermittentes (éolien, PV), qui sont toutes deux des enjeux majeurs de développement durable.
3.1 Production d’hydrogène économe en émission de CO2 (hors électrolyse)
3.2 Le stockage solide de l’hydrogène
Les efforts de recherche sur le stockage solide de l’hydrogène dans des conditions de température et de pression adaptées aux applications mobiles, stationnaires et portables, sont ciblés sur les familles de composés suivantes : hydrures métalliques, hydrures complexes réversibles et irréversibles, matériaux hybrides et/ou nanostructurés. Les projets porteront sur la compréhension des mécanismes de réaction avec l’hydrogène et leur modélisation grâce à la mise en œuvre de méthodes expérimentales spécifiques (aspect structural, thermodynamique et théorique). Le passage à la dimension des systèmes intégrés est vivement souhaité, en mettant tout autant l’accent sur les performances que sur la maîtrise des contraintes technologiques (thermique, mécanique, durée de charge/décharge…).
3.3 La pile à combustible
Le but principal est d’augmenter la température de fonctionnement pour les PAC basse température (> 120-150 °C) et d’abaisser celle des PAC haute température vers 500-700°C, tout en garantissant les performances, la durabilité et la robustesse. Les projets pourront s’inscrire dans les thèmes suivants :
Les concepts relatifs aux cœurs de pile devront capitaliser l’état de l’art sur les matériaux et/ou engager la définition et le développement de nouveaux matériaux à partir d’une approche système novatrice.
4. Efficacité et régulation énergétique
4.1 Efficacité énergétique et intégration système
L’efficacité énergétique, aussi bien au niveau des sources primaires ou des usages finaux qu’au niveau des systèmes locaux ou globaux de coordination de l’offre et de la demande d’énergie, fait partie avec les ENR des options de base pour bâtir un système énergétique propre et durable.
Les thèmes prioritaires ciblés sont, d’une part, le re-engineering des dispositifs (thermiques, électriques ou mixtes), par l’introduction de concepts innovants et/ou par la manipulation active et passive des phénomènes de transfert, en vue d’accroître substantiellement leur efficacité énergétique, et, d’autre part, la problématique de l’intégration en grande proportion de sources intermittentes dans les réseaux d’électricité (maîtrise de la stabilité spatio-temporelle, proportion admissible de sources intermittentes).
Les travaux de recherche proposés pourront également porter sur la modélisation prédictive des transferts turbulents (naturels ou assistés) dans les milieux liquides ou diphasiques, mais aussi à haute température, typiquement vers 1000°C, questions qui sont des points durs respectivement des industries des procédés et des systèmes de production d’énergie à HT (déperdition d’énergie obérant les rendements).
Un croisement entre les connaissances acquises sur les techniques de l’efficacité énergétique (intensification des transferts, structuration et fonctionnalisation des surfaces, géométries innovantes, modèles couplés, etc.) et les besoins applicatifs potentiels dans les différentes filières énergétiques (exemple : procédé Fischer-Tropsch, éclairage, thermoélectricité) est fortement encouragé.
4.2 Bâtiment
4.2.1 L’énergétique des bâtiments
L’énergétique du bâtiment est un sujet crucial pour s’engager pleinement dans un développement durable.
Sur le plan général, les objectifs de performance énergétique très élevée fixés pour le bâtiment imposent de nouvelles contraintes sévères aux codes de simulation en termes de précision, de robustesse et de sensibilité aux paramètres de conception.
De plus, l’étude de stratégies de gestion et d’optimisation nécessite d’effectuer un grand nombre de calculs lourds, ce qui implique la mise en œuvre de techniques de réduction de modèles. Il s’agit alors d’identifier les techniques pertinentes, en particulier dans le cas des systèmes non linéaires, de vérifier la fiabilité de ces modèles réduits et leurs limitations par rapport à un modèle minimal permettant de décrire correctement le comportement énergétique du bâtiment.
Il s’agit d’une tâche de longue haleine de modélisation et simulation multi-physique et multi-échelle, faisant intervenir nombre de disciplines, dont la thermique, l’électricité, les mathématiques appliquées et le génie logiciel. La recherche ciblée proposée sera dédiée prioritairement à l’identification et à la définition des infrastructures collaboratives à même de faciliter dans la durée l’ensemble de ces travaux, en particulier en capitalisant les connaissances au fur et à mesure.
Les travaux à mener, qui s’inscriront obligatoirement dans le cadre d’un PE (projet exploratoire), devront s’appuyer sur une analyse approfondie de l’état de l’art et tirer tout le parti des projets menés récemment au sein de la collectivité nationale, dont les projets DIMOCODE et SIMBIO.
La recherche ciblée exploratoire (PE uniquement) pourra aussi porter sur des concepts innovants dans les thèmes suivants : matériaux spécifiques (ex : super-isolants, revêtements de vitrage actif), systèmes intégrés thermique/électricité, systèmes intégrés de préservation de la qualité de l’air.
4.2.2 Systèmes d’éclairage du futur
Dans le cadre des mesures adoptées par le Grenelle de l’Environnement, il est recommandé de limiter la consommation énergétique liée à l’éclairage. Une solution envisageable est de proposer des systèmes innovants dont chaque composant est judicieusement optimisé. Ces systèmes doivent faire appel à des sources de lumière innovantes offrant une meilleure efficacité lumineuse et une bonne qualité de lumière avec la possibilité d’un contrôle permanent ou adapté à son état. L’effort de recherche doit être prioritairement, mais pas exclusivement, concentré sur les thématiques suivantes :
Modes d’action du programme
Le Programme a pour vocation de coordonner des travaux de recherche menés par les équipes du CNRS et des Universités dans le domaine de l’énergie, mais également de poursuivre une action d’animation et de structuration.
Les travaux de recherche proprement dits seront de quatre types :
Le Programme se veut réceptif à l’égard des besoins des industriels et souhaite préparer les équipes à des coopérations à l’échelle européenne, dans le cadre par exemple de création de laboratoires communs à définir. Des projets de recherche contractualisée (PRC) pourront être envisagés entre les équipes CNRS et les industriels pour mener des actions de recherche coordonnées dans le cadre du Programme autour de questions scientifiques d’intérêt commun.
Pour chaque type de Projet (PR, PRC, PE, PB), le dossier devra préciser la thématique énergétique dont relève la proposition, la plus-value intellectuelle apportée, et l’enjeu des travaux pour aller vers un système énergétique propre et durable (efficacité énergétique, contribution à l’indépendance énergétique et à la sécurité de l’approvisionnement, réduction de l’impact environnemental, acceptabilité sociale).
On précisera la complémentarité des équipes, leur capital humain total et celui qui sera réellement mobilisé sur le sujet, en mettant en évidence son caractère pluridisciplinaire. L’implication par équipe en ETP (équivalent temps plein) sera également indiquée (on attend une contribution significative, en moyenne de l’ordre de 1 à 2 ETP annuel par équipe).
L’ensemble de ces précisions constituera un élément important pour l’appréciation du projet.
Projet de Recherche (PR)
Il met en œuvre une convergence pluridisciplinaire de compétences reconnues, pour effectuer une avancée clairement démontrée sur des sujets amont du ressort de l’appel à projet.
Projet de Recherche Contractualisée (PRC)
Il met en œuvre une convergence pluridisciplinaire de compétences reconnues incluant un ou plusieurs industriels, pour effectuer une avancée clairement démontrée sur des sujets amont du ressort de l’appel à projet.
Projet Exploratoire (PE)
Objectifs :
Recherche exploratoire sur un sujet du ressort de l’appel à projet ayant pour objet, soit de faire une critique de l’état de l’art afin d’identifier des pistes nouvelles dont on démontrera les potentialités, soit de valider une avancée scientifique ouvrant la voie à des ruptures (technologies ou systèmes). Un PE pourra être conçu pour établir les fondements d’un projet de recherche (PR ou PRC du Programme Energie, programme de l’ANR, programmes de recherche européens), projet qui sera alors évoquée dans le dossier du PE.
Dans ce cas de figure, on précisera l’éventuel potentiel de transfert vers l’industrie.
Projet Blanc (PB)
L’appel à projet est également ouvert à tout projet scientifiquement excellent mettant en œuvre une approche « système » pluridisciplinaire, soit en vue de la maîtrise applicative d’une technologie de rupture, soit dans le but de positionner le CNRS sur de nouveaux enjeux énergétiques déterminants. Il s’agira de Projets dits « Blancs » (PB), mais qui selon leur nature devront ressortir d’un PE, d’un PR ou d’un PRC, en remplissant respectivement les mêmes spécifications et obligations, mais sur des thématiques non fléchées au titre de cet appel à projet.
Réseaux
Certains secteurs en émergence ou encore insuffisamment structurés et/ou coordonnés (sciences de base pour l’énergie, filières énergétiques, enjeux transversaux) pourront faire l’objet d’un soutien particulier.
Modalités du dépôt des Projets
La sélection sera basée sur les critères suivants :
Attention
Tous les crédits notifiés devront être utilisés exclusivement en équipement et en fonctionnement. La totalité des crédits accordés à un projet donné ne sera pas nécessairement notifiée dans la tranche accordée pour 2010. Cependant, dans le cadre de la LOLF, les crédits qui seront notifiés pour l’exercice 2010 devront impérativement avoir été dépensés avant la fin de l’exercice budgétaire 2010.
Sélection des dossiers
Lors de sa décision finale, le Comité de Direction s’appuiera sur l’analyse préalable formulée par deux experts, ainsi que sur l’avis du Conseil Scientifique.
Nature du dossier à fournir
Formulaire de présentation du dossier à renseigner avec soin
Ce dossier est à adresser par le coordonnateur du projet au plus tard le 6 février 2010 à :
Une copie papier, visée par le ou les Directeurs d’Unité, sera également à adresser, avant le 6 février 2010 (cachet de la poste faisant foi) aux deux adresses indiquées sur le formulaire.
Calendrier
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