«Nouvelles Energies Nouvelles Technologies» sommaire objectif de la démarche
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Un institut académique sur les couches minces pour la production d’énergie photovoltaïque : La création d’un institut à finalité technologique claire permettra de mobiliser une compétence aujourd’hui morcelée, et également de regrouper des Laboratoires plus éloignés du cœur de compétences photovoltaïques mais essentiels pour l’innovation en matière de réalisation de modules photovoltaïques et de leur intégration sous forme de produit final. Cet institut aura dès sa création comme vocation centrale la formation de générations de chercheurs et ingénieurs susceptibles de constituer un réservoir de compétences indispensable à l’essor d’une filière industrielle française.
Insérer les innovations dans les procédés pour aller jusqu’à la preuve de concept sur des modules et accélérer le transfert vers des pilotes industriels, créer un lieu d’intégration, permettre d’assimiler les progrès des équipementiers, toutes ces exigences convergent vers la nécessité de créer une plate-forme de développement commune : c’est d’ailleurs la démarche suivie par tous les instituts et laboratoires qui comptent dans le monde du PV. Une telle plate-forme représente un investissement substantiel (plusieurs dizaines de millions d’euros). Le choix d’une voie de développement représentant un risque non négligeable, Il est indispensable de le mutualiser entre acteurs qui partagent une vision commune sur les technologies les plus prometteuses. Cette démarche est en cours, notamment entre le CNRS, l’Ecole Polytechnique, et les équipes d’EDF et de Total.
Installé au cœur du pôle scientifique de Saclay, l’Institut Couches minces PV trouvera naturellement son relais auprès de l’incubateur d’entreprises localisé à proximité et auprès des grandes entreprises partenaires. Nul n’est besoin de souligner la capacité et la motivation d’entreprises comme Total, EDF, St Gobain ou Arcelor pour réaliser les investissements nécessaires pour passer à l’étape industrielle Une complémentarité certaine avec l’INES et le CEA-EA (Energie Alternative). La recherche française a regroupé ses forces sur les technologies du silicium en wafer au sein de L’INES. Pour mener ses ambitieux projets de recherche INES a construit, avec l’aide publique, une plate-forme de recherche « Restaure ». Bien que focalisée sur une petite partie des voies explorées dans le monde dans le domaine du Si wafer, la construction de cette plate-forme aura nécessité la mobilisation de plusieurs dizaines de millions d’euros et de l’ordre de 150 chercheurs. A noter que dans le cadre de PV Alliance, EDF, Photowatt et le CEA ont développé une plate-forme pilote préindustrielle (Labfab) susceptible d’exploiter les procédés mis aux points en laboratoire sur Restaure. Par ailleurs, l’INES joue un rôle actif et reconnu pour la formation/dissémination des technologies PV auprès du tissu industriel des PME de la Région Rhône Alpes. Il faut noter que les compétences mobilisées autour de Restaure et d’INES, et les équipements aujourd’hui utilisés ne sont en aucun cas adaptés pour explorer la voie, à nos yeux aussi prometteuse, des couches minces. Alors que l’Allemagne a tiré son leadership technologique de la création de plusieurs Instituts (ISE Freiburg, ISFH, Centre Helmoltz, ISC Konstanz pour ne citer que les plus importants), aux domaines d’excellence complémentaires, et qui font référence dans le monde, l’ambition réaffirmée de la France de jouer un rôle majeur dans l’industrie photovoltaïque doit se traduire par la création de l’Institut Couches Minces en IdF, pour couvrir le spectre complet des technologies du PV de demain, Par son intégration au sein du Pôle de compétitivité Advancity, l’Institut de recherche sur le PV en Île de France contribuera à assurer le lien, indispensable pour la constitution d’une filière industrielle, entre la recherche sur le photovoltaïque et les métiers et industries assurant la mise en œuvre de cette technologie au sein de bâtiments et de villes durables. 4 ECOGENERATEUR Identification et qualification de la filière
Concept technologique La technologie chaudière, la production d’électricité en plus. L’écogénérateur à moteur Stirling est le résultat de l’intégration d’une micro-cogénération dans une chaudière performante au gaz naturel. Ainsi, ce nouvel équipement conserve tous les avantages de la chaudière individuelle (performance, fiabilité, faible entretien) avec l’atout d’une production d’électricité à domicile. La technologie actuelle, basée sur la technologie Stirling, couvre 100% des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire des logements, et 50 à 80% de leurs besoins en électricité.  L’écogénérateur trouve sa place aussi bien sur le marché de la réhabilitation (en 2008 : 8,1 millions de chaudières individuelles gaz naturel potentiellement remplaçables) que sur le marché de la construction neuve (260 000 logements construits en zone de desserte gaz en 2008).Chaudière à micro-cogénération (source De Dietrich) Le « plus produit » et le bénéfice client Un triple bénéfice énergétique, environnemental et économique Concomitante aux périodes de forte consommation électrique où le parc thermique à flamme est sollicité, la production saisonnière des écogénérateurs offre une réelle complémentarité avec la production centralisée peu carbonée en base (parc nucléaire et éolien). Ainsi, les écogénérateurs apportent au réseau électrique un soutien saisonnier et journalier lors des pointes de consommation (vague de froid par exemple).
La production combinée de chaleur et d’électricité se révèle plus efficace en énergie primaire que des productions séparées puisque les pertes thermiques y sont plus faibles. De plus, la production distribuée permet de s’affranchir des pertes du réseau de transport et de distribution (32 TWh, soit 8% de la consommation française). Cela garantit un gain de 15% en énergie primaire par rapport aux meilleures technologies de chaudières à condensation. Cette solution constitue un levier pertinent pour atteindre les futurs seuils de performances prévus dans la réglementation Thermique 2012. 
Les écogénérateurs peuvent réduire jusqu’à de l’ordre de 1 tonne, soit 35% les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux meilleures technologies de chaudières disponibles lorsqu’elles effacent du parc thermique à flamme, mais cela dépend de la composition du mix électrique (pas de gain en dessous de 280gCO2/kWh, (réf. étude ADEME Filosofie). Les autres impacts (acidification atmosphérique, eutrophisation des eaux…) sont également réduits.
Remplacer sa chaudière par un écogénérateur permet de réaliser une économie de 30 % sur la facture d’énergie (gaz et électricité) grâce à l’autoconsommation et à la vente du surplus d’électricité produite pour un coût ‘investissement légèrement plus élevé. En bâtiment neuf, l’écogénérateur est une solution compétitive permettant d’atteindre les meilleurs labels de performance énergétique (type BBC) grâce à une production d’électricité locale et sans pertes. Les principaux acteurs de la filière Similaire dans sa conception à la chaudière individuelle, l’écogénérateur s’appuie sur une filière déjà présente en France : 5
Accessibilité du marché
Enjeux, ambitions, objectifs En France :
15 % de gain en énergie primaire et un gain possible en émission de GES selon le contenu en CO2 du mix électrique L’écogénérateur offre à la filière et à ses à ces acteurs la possibilité de continuer à proposer des solutions techniques performantes capables de répondre aux défis environnementaux de demain. Si les produits basés sur la technologie Stirling existent d’ores et déjà, leur production et leur commercialisation à grande échelle pourrait débuter vers la fin 2010. En terme de R&D, des perspectives d’évolution sont identifiées avec le passage à terme à la technologie pile à combustible, identifiée comme un « domaine prioritaire » de l’efficacité énergétique (Stratégie nationale sur la recherche dans le domaine de l’énergie - DGEMP 2007). Nécessité de créer des conditions de lancement favorable Si la technologie et la filière existent, les conditions de lancement du marché restent à réunir, notamment une prise en compte par les réglementations existantes et à venir. Le groupe GDF Suez, fort de ses campagnes de test en laboratoire et de ses opérations pilotes sur le terrain (45 écogénérateurs déjà installés chez des clients en maisons individuelles et en logements collectifs avec des bailleurs sociaux) propose des actions en ce sens. Les performances énergétiques de l’écogénérateur sont d’ores et déjà prises en compte dans la Réglementation Thermique 2005. Convaincu par cette technologie et soutenu par l’ADEME, GDF Suez est engagé sur le développement et la promotion de ce nouvel équipement au côté des fabricants ainsi que sur l’accompagnement de la filière. Ces efforts nécessitent d’être relayés par un soutien public afin d’absorber le surcoût inhérent à une technologie en phase d’introduction sur le marché et de promouvoir l’innovation auprès des filières du bâtiment. Propositions d’actions
5 POMPE A CHALEUR Identification et qualification de la filière Le secteur du bâtiment représente environ 40% de la consommation d’énergie et des émissions CO2 dans les principaux pays européens. Grâce à son électricité peu carbonée, la France est une exception. Ce système électrique « à la Française », atout considérable dans la lutte contre le réchauffement climatique, est aujourd’hui basé essentiellement sur le chauffage par effet Joule et l’eau chaude à accumulation. Les exigences d’efficacité énergétique européenne (« paquet énergie »), et françaises (Grenelle) conduisent à une vraie rupture réglementaire à l’horizon 2012. Ces exigences vont conduire à mettre en avant les solutions les plus performantes.
Concept technologique La pompe à chaleur puise la chaleur dans l’environnement extérieur (air, sol, nappe) et la restitue, soit par des radiateurs ou un plancher chauffant, soit par un échangeur à air ventilé pour assurer le chauffage. Elle peut également produire de l’eau chaude sanitaire. La PAC est un excellent récupérateur d’énergie renouvelable caractérisé par son coefficient de performance ou COP (1). Différentes technologies de PAC existent sur les marchés : les PAC électriques et les PAC gaz (moteur à gaz naturel et absorption).Ainsi un COP de 3 signifie que pour une consommation de 1 en énergie d’alimentation de la PAC, celle-ci fournit 3 en chaleur. La différence étant une énergie gratuite et renouvelable puisée dans l’environnement. Le marché commençant à décoller, les pompes à chaleur ont beaucoup évolué ces dernières années :
La situation du marché et de ses composantes
Dans le monde le marché est aujourd’hui dominé par la Suède En Europe la tendance du marché est dynamique et reflète les politiques d’incitation mises en œuvre par les pays. Il est passé de 30 000 unités en 2000 à plus de 300 000 en 2006. En 2008, le marché français est le 1er marché européen avec près de 160 000 unités vendues en maisons individuelles. En France pour les maisons individuelles neuves, la PAC qui ne représentait que 8% du flux annuel en 2003 en représente 1/3 en 2008. Cette croissance s’est faite avec un maintien voire une légère augmentation des parts de marché de l’effet joule. A la fin 2008, on décompte 680 000 PAC installées en France.
On a assisté ces dernières années en France à une forte croissance des ventes de PAC, suivie d’un repli significatif (sources AFPAC et Clim’Info):
Même si la crise peut expliquer une partie de ces chiffres, la raison essentielle est à chercher du côté de l’arrêt progressif des incitations fiscales à l’investissement – d’abord sur les PAC air-air, puis sur l’ensemble des PAC - qui a pénalisé surtout les installations les plus performantes en raison de leur coût initial élevé. La baisse du prix des combustibles a également joué un rôle. Les principaux acteurs de la filière
Répartition des emplois : Fabricants : 45% - Installateurs : 30% - distributeurs : 25% Accessibilité du marché
Enjeux, ambitions, objectifs
Création de valeurs attendue
Pistes de progression La reprise du marché et la préparation des réponses aux futures exigences réglementaires passera par plusieurs conditions :
Il reste essentiel de soutenir l’investissement par des incitations claires et stables.
Il faut donc :
Il faut identifier plus clairement dans les programmes de recherche publics (ANR, PCRD, ADEME) les efforts ciblés sur le développement de la pompe à chaleur Propositions d’axes d’actions
6 RENOVATION DES BATIMENTS Identification et qualification de la filière
La loi de programmation relative à la mise en œuvre du Grenelle de l’environnement (dite loi « Grenelle 1 ») met clairement l’accent sur l’importance du secteur du bâtiment dans l’atteinte des objectifs de lutte contre le changement climatique de 2020 et l’objectif « facteur 4 » de 2050. Ce secteur consomme plus de 40 % de l’énergie finale en France et émet près du quart des émissions nationales de gaz à effet de serre.
Le renouvellement du parc de bâtiments est à un niveau très faible en France, inférieur à 1%. A ce rythme, 75% des bâtiments de 2050 existent déjà aujourd’hui. C’est dire l’importance du gisement représenté par les bâtiments existants par rapport au parc de bâtiments neufs, pour les économies d’énergie et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. La loi « Grenelle 1 » a donc fixé des objectifs très ambitieux pour la rénovation du parc de bâtiments existants :
A souligner l ‘urgence à rénover les 19 millions de logements construits en France avant la première réglementation thermique de 1975. A eux seuls ils représentent 75 % de la consommation d’énergie du secteur. En tertiaire, les branches les plus consommatrices d’énergies :
Les acteurs industriels du marché La filière française d’efficacité énergétique des bâtiments c’est aujourd’hui :
Elle est constituée d’un tissu industriel diversifié et est présente sur tout le territoire Elle souffre néanmoins d’une forte fragmentation et d’une inertie dans le changement des pratiques Elle constitue malgré tout l’un des principaux moteurs de la croissance et présente l’avantage important d’une proximité avec les utilisateurs. On y recense notamment les entreprises œuvrant dans les domaines suivants : .
L’évolution de la filière professionnelle est une condition sine qua non de réussite : les particuliers doivent trouver des artisans capables de leur fournir tous les conseils souhaités pour une rénovation optimisée et adaptée à leur budget, si nécessaire en phases cohérentes étalées dans le temps pour ne pas « tuer » les gisements d’économies d’énergie, de coordonner les travaux à effectuer, de les accompagner tout au long du processus de rénovation, de s’engager sur des résultats de performances, et au-delà, de les conseiller pour une utilisation optimale de leur logement, de leur apporter une aide à la maintenance du bâtiment, etc. Les composantes financières Les programmes très ambitieux de rénovation des bâtiments passent par des incitations fortes des pouvoirs publics L’état a annoncé des mesures fortes d’accompagnement de ces programmes de rénovation pour en favoriser la réalisation. Il a ainsi prévu de renforcer les mesures existantes (éco-PTZ, crédit d’impôt, etc.) ou d’en lancer de nouvelles :
L’état de l’art Sur le plan technologique, la rénovation des bâtiments ne pose pas de problèmes majeurs. Les solutions techniques existent ; elles sont matures pour la plupart. Efficacité énergétique active Les constructeurs du génie électrique intègrent l’efficacité énergétique dans leurs produits de façon à former une chaîne cohérente et efficiente de la distribution à l’utilisation (conducteurs, alimentations, alimentations de secours, organes de commande, motorisation, éclairage, chauffage, climatisation…) Les constructeurs du génie climatique proposent du matériel à haute performance en utilisant des sources d’énergie renouvelable et des systèmes de récupération d’énergie (Pompe à chaleur, VMC double flux, chaudière à condensation…) Les innovations en matière d’électronique contribuent continuellement à la maîtrise de l’énergie à travers les automatismes, systèmes de commande et de régulation (contrôle des équipements consommateurs d’énergie, contrôle des ambiances climatiques et contrôle des ambiances lumineuses). La qualité de l’énergie électrique est prise en compte pour réaliser des économies d’énergie (stabilisateurs, onduleurs, systèmes anti-réactif). Services énergétiques Les sociétés de services énergétiques offrent la possibilité de diagnostiquer et de contrôler la performance énergétique des installations (audits, mesures et vérification de la performance …) La gestion technique centralisée des bâtiments permet un contrôle optimisé des consommations et un accès au monitoring énergétique global permettant de connaître variations et dérives. La maintenance doit s’inscrire dans les projets énergétiques pour en garantir la performance. Production autonome d’énergie renouvelable Les acteurs du marché proposent des solutions individuelles ou collectives dans les domaines de la production d’énergie thermique et électrique. La fiabilité et la rentabilité des solutions de type bioénergies, éolien, géothermie, solaire thermique et photovoltaïque sont désormais une évidence. Par ailleurs, si les technologies en elles-mêmes ne posent guère de difficulté, le choix des bouquets de solutions techniques appropriés à la rénovation d’un bâtiment donné peut poser des questions auxquelles il est encore très difficile de répondre :
Une solution consiste à concevoir la rénovation d’un bâtiment sous forme de « bouquets de travaux », à condition toutefois d’être pensés comme une partie d’un ensemble de travaux cohérents et séquencés dans le temps. L’éco-PTZ favorise les rénovations sous forme de bouquets de travaux mais sans donner cette dimension séquentielle indispensable pour éviter de tuer le gisement des économies d’énergie. La sensibilisation L’information et la sensibilisation du public sont des éléments indispensables à la réussite des plans de rénovation des bâtiments existants. Les habitants des immeubles résidentiels doivent être parties prenantes, d’abord parce qu’ils auront à financer les travaux, et parce que leur comportement dans un bâtiment a priori très performant conditionnera fortement la performance réelle de ce bâtiment tout au long de son usage. Un effort particulier est à faire au niveau des copropriétés pour lesquelles les décisions sont souvent longues et difficiles à prendre. Par ailleurs, on constate que la demande de rénovation d’un logement n’est quasiment jamais motivée par des considérations énergétiques et environnementales mais par des considérations de confort. En effet, les habitants n’ont souvent pas conscience du manque de performance de leur logement. Cet état d’esprit doit évoluer vers un comportement plus vertueux qui prenne en compte ces arguments dans la conformité des objectifs du Grenelle de l’Environnement. Au-delà de cette sensibilisation, des particuliers qui souhaitent aujourd’hui faire des travaux de rénovation basés sur des considérations énergétiques et environnementales sont confrontés à des problèmes qui les dépassent rapidement :
Accessibilité du marché
Enjeux, ambitions, objectifs A l’horizon 2020 un potentiel de croissance très important en cas de mise en œuvre massive des solutions envisagées Rythme de rénovation objectivé dans le résidentiel : 400 000 logements /an pour une économie de 7.5 TWh/an Avec pour conséquence : Dans le seul secteur des structures des bâtiments : Isolation opaque, toiture, ouvertures
Propositions d’axes d’actions
7 SMART GRIDS Identification et qualification de la filière |
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