Le CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) est un organisme public de recherche dont la mission est de développer une expertise scientifique. Cette expertise vise à éclairer les citoyens, l'État et les industriels sur les grands enjeux à venir.
Historiquement, le CEA développe des systèmes de production, de conversion et de stockage d'énergie. Il travaille également sur la gestion circulaire des matières associées à ces systèmes. En matière de transition énergétique et de mix énergétique futur, le CEA bénéficie d'une expertise solide et met en avant l'économie circulaire.
Un exemple concret de cette approche est la filière électronucléaire française en boucle fermée. Cette filière applique les principes de l'économie circulaire au secteur nucléaire. Ce choix, spécifique à la France et à certains autres pays, consiste à maximiser la réutilisation des matières issues des réacteurs, contrairement à d'autres modèles comme celui des États-Unis.
Le CEA a ainsi conçu une filière électronucléaire industrielle complexe intégrant les technologies, le business model et la démarche d'économie circulaire. Actuellement, le CEA travaille sur plusieurs projets liés à l'économie circulaire et à la mobilité durable.
Un exemple marquant est un projet d'écoconception de verre industriel. Dans le nucléaire, des matrices en verre sont utilisées pour inerter les déchets, ce qui implique une maîtrise de formulations de verre complexe. Cette expertise est mise au service de l'industrie verrière.
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Concrètement, le CEA identifie des industriels produisant des déchets susceptibles d'être valorisés pour fabriquer du verre. Il développe également un simulateur décisionnel destiné à la mobilité de demain pour le gouvernement. Cet outil numérique permet de modéliser différents scénarios à 30 ans, en prenant en compte des variables comme le nombre de véhicules électriques de certains modèles ou l'usage des trains pour des trajets courts et longs.
Historiquement, le CEA a toujours travaillé sur la scénarisation pour anticiper les besoins énergétiques. L'organisme s'est donné les moyens de capter et de traiter des données afin de prédire l'avenir sur des sujets pertinents. Les simulateurs de prédiction sur la mobilité à horizon 30 ans sont étroitement liés à l'énergie, mais aussi aux choix industriels actuels.
L'industrie automobile est en pleine transition vers l'électrique, ce qui soulève des questions sur les investissements nécessaires et leur impact. Dans le contexte de la réindustrialisation, les décisions prises aujourd'hui auront des conséquences sur les 25 prochaines années. Il s'agit de déterminer quels modèles de voitures et quelles batteries développer.
Pour l'énergie nucléaire, le CEA continue de jouer un rôle majeur pour maintenir la qualité de la production d'électricité nucléaire en France. Les crises récentes ont rappelé l'importance de cette énergie pour garantir une indépendance et une souveraineté énergétique, bas carbone.
La disponibilité d'une énergie conditionne le développement économique et social d'un pays. Malgré les efforts de sobriété et l'amélioration de l'efficacité énergétique qu'il fera, le monde va devoir faire face à des besoins grandissants d'énergie.
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Le champ de contraintes est très fort, la transition énergétique est nécessaire et le CEA, avec les compétences qui sont les siennes, souhaite y apporter toute sa contribution en tant qu'un acteur majeur de la recherche et de l'innovation dans le domaine de l'énergie.
Le début du XXIe siècle est marqué par une prise de conscience durable des problèmes énergétiques auxquels notre planète doit faire face. Ce défi engendre une modification profonde de notre approche énergétique, qui cherche non seulement à diversifier les sources d'énergie mais également à introduire de nouveaux vecteurs d'énergie pour répondre à nos comportements nomades.
Si pendant longtemps l'homme s'est sédentarisé autour de foyers énergétiques directement utilisables, il doit désormais développer et optimiser des technologies innovantes de transformation, stockage, transport et distribution d'énergie.
Le CEA a considéré que ses programmes de recherche devaient être définis et conduits dans le cadre d'une vision intégrée de l'énergie, ce qui l'a conduit à créer en 2020 la direction des énergies.
Les petits réacteurs nucléaires (SMR, AMR, MMR) font appel à des concepts en rupture avec les réacteurs de puissance. Ils sont plus faciles à construire, à fabriquer, à transporter et à assembler, avec une sûreté assurée souvent de manière passive.
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Si les SMR (puissance de 50 à 300 MWe) s'appuient sur la technologie des réacteurs à eau, pressurisée ou bouillante, dite de 2e et 3e générations, les AMR (de même gamme de puissance) reposent sur des technologies de 4e génération, avec la capacité de fermer le cycle du combustible et de valoriser les matières nucléaires sans emploi (notamment l'uranium appauvri présent sur le territoire national), contribuant ainsi à l'indépendance énergétique de la France.
Le nucléaire de puissance devra, quant à lui, s'adapter à une part croissante de renouvelables intermittents (jusqu'à 30% à 40%) au sein du réseau électrique, avec la nécessité de disposer de combustibles compatibles avec une variation rapide de température, en descente ou en montée.
Dans le cadre du programme France 2030, l'État a souhaité lancer un appel à projets (AAP) « réacteurs nucléaires innovants » en s'adressant notamment à des acteurs émergents qui ont l'ambition de créer un nouvel écosystème de start-up nucléaires, en complément des acteurs traditionnels du secteur.
Le CEA a rencontré une dizaine de candidats et start-up dans les domaines de la fission et de la fusion. L'organisme a challengé ces acteurs sur la réalité technologique de leurs propositions, la temporalité annoncée et leurs besoins techniques. Il était important aussi de les amener dans une acculturation du monde nucléaire, par exemple sur les enjeux de sûreté et le niveau d'exigence attendu dans ce domaine, ainsi que sur le cycle du combustible nucléaire.
Concernant les batteries, qui s'adressent à un stockage journalier, le CEA et le CNRS se sont associés dans le cadre d'un PEPR (Programme et équipements prioritaires de recherche) pour fédérer la communauté scientifique en vue de soutenir l'innovation en matière de batteries. Les priorités portent sur le développement des batteries futures, l'approvisionnement et le développement de matériaux nécessaires à leur fabrication, et la gestion de leur fin de vie par reconditionnement ou recyclage.
Concernant l'hydrogène, qui répond à des besoins de stockage saisonnier, le CEA intervient sur toute la chaîne de la valeur : sa production par électrolyse haute température, son stockage dans des réservoirs haute pression (de 300 à 700 bars), son transport (gestion de la fragilisation des métaux), la prise en compte des problèmes de sûreté associés, la conversion d'hydrogène en électricité (pile à combustible).
La transition énergétique se fera sur la base d'un mix énergétique bas carbone nécessitant des besoins croissants en matières premières critiques, ce qui conduit à déplacer l'enjeu énergétique des énergies fossiles vers celui des matériaux. La France et l'Europe ne disposent pas ou peu de ressources minières, mais possèdent une «mine cachée» : d'abondantes quantités de métaux contenus dans les déchets miniers et industriels, mais aussi dans les produits en fin de vie qui s'accumulent dans nos décharges ou sites de stockage.
Le CEA s'inscrit depuis 60 ans dans cette dynamique au profit de l'industrie nucléaire. Il a décidé en 2020 de transférer cette expertise en économie circulaire à l'ensemble des problématiques rencontrées sur les énergies bas carbone, ceci en s'appuyant sur son Institut des sciences et technologies pour une économie circulaire des énergies bas carbone (ISEC), implanté sur son centre de Marcoule. La mission de cet institut consiste à élaborer et mettre en œuvre une approche intégrée de l'économie circulaire en fédérant l'ensemble des équipes concernées du CEA et en prenant en compte l'intégralité du cycle de vie de ces matières.
Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l'État, de l'économie et des citoyens. Acteur historique de la recherche nucléaire en France, le CEA a élargi son champ d'action au fil des décennies pour devenir un pilier de l'innovation scientifique dans de nombreux domaines.
En matière énergétique, il s'agit de développer des technologies de production bas carbone qui puissent répondre aux besoins du grand public et être déployées à grande échelle, en économisant les ressources. Le CEA travaille par exemple sur la flexibilité du nucléaire pour mieux intégrer des énergies renouvelables, sur les nouvelles générations de panneaux photovoltaïques, sur l'économie circulaire du carbone pour pouvoir le réutiliser, mais aussi sur la performance et la réversibilité des batteries, l'hydrogène ou le pilotage intelligent des réseaux de distribution énergétique.
Dans le domaine de l'énergie, le CEA explore des solutions permettant d'accélérer la transition vers une neutralité carbone, avec un mix énergétique équilibré : nucléaire et renouvelables. S'agissant du nucléaire, les innovations portent autant sur les technologies que sur les usages de cette énergie.
Cela passe par exemple par le développement, avec les acteurs de la filière, de nouveaux concepts de réacteurs adaptés aux besoins des territoires et de sites industriels fortement consommateurs d'énergie, comme les petits réacteurs modulaires hybrides pour la production d'électricité, de chaleur ou d'hydrogène.
Sur le site de Cadarache, le CEA construit par ailleurs le RJH (Réacteur Jules Horowitz). Il s'agit d'un réacteur expérimental crucial en appui aux industriels du nucléaire, mais aussi d'un moyen très significatif de production de radioéléments à usage médical pour les hôpitaux européens.
Le CEA est à la fois organisme de recherche et exploitant nucléaire, ce qui lui permet de développer des technologies, de les tester et de les qualifier en conditions réelles. À ce titre, il est un producteur de déchets radioactifs provenant de l'exploitation, de la maintenance et du démantèlement de ses installations nucléaires.
Les compétences du CEA se sont développées en fonction de l'évolution des déchets radioactifs pour répondre à des enjeux de sûreté, de réglementation, de pratiques industrielles et bien sûr d'aspects environnementaux et sociétaux.
Aujourd'hui, le CEA travaille à répondre au besoin en R&D sur trois grands domaines :
| Domaine | Activités |
|---|---|
| Énergie Nucléaire | Développement de réacteurs (SMR, AMR, RJH), gestion des déchets radioactifs, flexibilité du nucléaire. |
| Énergies Renouvelables | Nouvelles générations de panneaux photovoltaïques, production d'hydrogène. |
| Économie Circulaire | Réutilisation des matières, écoconception de verre industriel, gestion des déchets miniers et industriels. |
| Mobilité Durable | Simulateur décisionnel pour la mobilité, développement de batteries. |
| Stockage d'Énergie | Batteries, hydrogène. |
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