Aspects méthodologiques pour la mise en œuvre de la stratégie de recherche Nécessité d’une approche système Capitalisation sur les sciences de base pour l’énergie pour imaginer les technologies de demain et préparer les révolutions technologiques. Sources d’énergie = offre  Nucléaire  Fossiles  Géothermie  Solaire  EMR  Hydraulique  Éolien  Biomasse Usages = demande Bâtiment  Mobilité Système urbain Industrie Adéquation (optimisation système) Smart-grids Stockage Vecteurs flexibles, interconversion Aspects méthodologiques

2 Le scénario « Sobriété renforcée » suppose de recourir massivement au captage du CO 2, pouvant conduire à son stockage ou à sa valorisation Le scénario « Décarbonisation par l’électricité » exige de disposer de moyens de stockage réversible de l’électricité de très grande capacité Le scénario « Vecteurs diversifiés » table sur un recours à des vecteurs énergétiques flexibles  Biomasse (liquide) de seconde génération,  Vecteur gaz, produit si possible sans recours aux fossiles (biogaz, hydrogène, méthane),  Récupération de la chaleur fatale (cogénération nucléaire en particulier). Révolutions technologiques à introduire (« game changers »)

Capitaliser sur les sciences de bases pour les transformer en concept en rupture pour l’énergie - Modélisation et simulation multi-échelle et multi-physique des matériaux et des surfaces des systèmes énergétiques des processus d’échange d’énergie. - Matériaux innovants - Caractérisations avancées pour les systèmes énergétiques - Maîtrise des phénomènes quantiques pour l'énergie - Systèmes bio-inspirés - Catalyse - Sciences des systèmes complexes et dynamiques des systèmes {à finalité énergétique} - Sciences humaines (psycho-sociologie) : ergonomie, appropriation des technologies, comportements des consommateurs … - Sciences économiques (anticipation des marchés, modèles économiques)

L’énergie n’est pas une discipline, c’est un domaine pluridisciplinaire par essence, devant faire dialoguer plusieurs disciplines Structuration d’une communauté des sciences de base sur l’énergie Approche « bottom-up » Organisation de réseaux de recherche, veille active, captation de la valeur de la recherche fondamentale pour en faire des preuves de concept, des concepts innovants pour l’énergie Préparer les révolutions technologiques nécessaires à la transition énergétique et à l’atteinte du facteur 4 sur les émission de CO 2

Energy Frontier Research Centers (EFRCs), USA « Don’t forget Long Term Fundamental Research in Energy» (Whitesides, SCIENCE, 2007) Sciences des matériaux et ingénierie Chimie, géosciences et biologie Grands instruments et plate-formes Réseaux « Hubs » de recherche : Intégration de compétences sur un domaine - Joint center for artificial photosynthesis - Joint center for energy storage research {synthèse de matériaux, modélisation, Caractérisation, calcul, théorie} Quelques expériences intéressantes : USA (EFRCs) Programme Basic sciences for Energy (high risk, high reward research)

- La présence de hauts champs magnétiques inhibe les propriétés de supraconductivité - Difficulté majeure (barrière) pour construire des moteurs ou des génératrices plus puissantes → machines électriques pour les éoliennes - Utilisation de fils supraconducteurs ultraminces ou en film mince de supraconducteurs dans lesquels est inséré un réseau de trous nanostructurés → restauration des propriétés supraconductrices à haut champ magnétique Nature communication, 2013 [Argone National Laboratory] Champ de supraconductivité autour de trous nanostructurés Un exemple de rupture : les supraconducteurs (à haut champ magnétique)

SP 1 Nouveaux matériaux SP 2 Modélisation multiphysique multiéchelle SP3 Caractérisation A- Photosynthèse artificielle B- Matériaux en conditions extrêmes C- Récupération de la chaleur à BT Outils D- Autres domaines émergents… Applications Programme conjoint AMPEA Une fertilisation des sciences de base par des applications - Alignement des politiques nationales - Feuilles de route communes, partage d’infrastructures de recherche - Participation aux AAP d’H2020

Concept de « feuille artificielle » MatériauEauSoleilH2H2 Un exemple de structuration d’une communauté à l’échelle européenne : la photosynthèse artificielle Combustible (piles à combustibles) AMPEA

Systèmes moléculaires Systèmes bio- inspirés Systèmes à l’état solide Matériaux innovants Modélisation Simulation Caractérisation avancée Physico-chimie, photocathalyse, biologie, bio-physique H2H2 AMPEA

Une nécessaire approche système Matériaux Ex- polymère conducteur de la chaleur Matériaux Ex- polymère conducteur de la chaleur Réseaux de chaleur Verrous non- technologiques - interdépendance - modèle économique Procédés de fabrication Usage final de la chaleur Ville Ecoparcs Concepts innovants Ex- Un échangeur de chaleur Mécanique des fluides Thermique Modélisation Optimisation

Merci de votre attention