[Entretien] Climate Tech : vers une énergie décarbonée ?

Atteindre la neutralité carbone, fixée par l’Union Européenne pour 2050, nécessitera des efforts drastiques dans de nombreux secteurs. Pour l’énergie, cela implique de décarboner le mix énergétique et électrique, tout en assurant un meilleur stockage. Quelles sont les technologies et les solutions innovantes qui émergent dans ces domaines ? Comment modifieront-elles à long terme nos systèmes productifs ?  L’étude « Cleantech, Climate tech : to the rescue ? » publiée par Leonard, la plate-forme de prospective et d’innovation de VINCI, en collaboration avec Good Tech Lab, dresse un panorama des solutions existantes. Rencontre avec Benjamin Tincq, fondateur et CEO de Good Tech Lab. 

Comment se positionne la France sur la transition énergétique ? Quels sont ses principaux atouts et ses obstacles ?

La France est un des seuls pays au monde à avoir accompli, dès les années 70, ce que beaucoup considèrent comme la « phase 1 » de la décarbonation : une transition vers un mix électrique ultra-bas-carbone, principalement nucléaire et hydroélectrique. Seules la Suède et la Norvège sont au même niveau, en utilisant les mêmes sources dans des proportions différentes, ainsi que l’Islande, dont l’électricité est principalement géothermique et dont la population est de 365 000 habitants. C’est assez frappant sur le site ElectricityMap qui agrège les données CO2 des différents réseaux électriques mondiaux.

En revanche, nous sommes très en retard sur la « phase 2 » qui consiste à électrifier les usages qui peuvent l’être pour éliminer la dépendance aux carburants fossiles : notamment les pompes à chaleur et les véhicules électriques. Même chose sur l’efficacité énergétique, notamment la rénovation thermique des bâtiments qui est une arlésienne. Si l’on avait investi sur ces trois sujets ne serait-ce que la moitié des 120 milliards que le pays a mis dans le solaire et l’éolien, l’impact climatique aurait été réel et prodigieux. Les énergies renouvelables électriques ont un rôle essentiel à jouer dans le monde entier, mais les substituer à une source déjà bas-carbone (et non intermittente) ne devrait pas vraiment être une priorité dans les régions qui ont déjà passé la « phase 1 ». Surtout dans un contexte d’urgence climatique où le temps ne joue pas en notre faveur.

Il y a aussi de nombreux secteurs « difficiles à décarboner » dans lesquels l’électrification sera très compliquée : les industries lourdes comme la production de béton et d’acier, les transports de longue distance (aérien, maritime, camions), les machines-outils, etc. Ces secteurs s’appuieront sans doute sur des piles à combustible, l’hydrogène, les carburants de synthèse ou biocarburants de prochaine génération, ou encore des nouveaux processus de fabrication du ciment.

Enfin, la France a également des progrès à effectuer sur la sobriété : nous pourrions être beaucoup plus ambitieux sur les mobilités douces, en mettant en place des plans massifs d’aménagement des agglomérations où la place de la voiture serait réduite. Le vélo a le vent en poupe dans le contexte actuel de pandémie, espérons que cela perdure. Il nous faudrait aussi davantage de mesures pour favoriser une durée de vie plus longue des produits, à l’instar de la TVA réduite en Suède sur le reconditionnement.

Les efforts à poursuivre ne sont-ils pas principalement de nature humaine et organisationnelle ?

En grande partie ! L’ampleur du défi climatique requiert de décarboner à toute allure dans tous les secteurs (énergie, transports, industrie, bâtiments, agriculture), ainsi que de réaliser les « émissions négatives » (capture de CO2 atmosphérique) prévues dans les scénarios du GIEC, et de construire une résilience climatique pour l’agriculture, les villes et des infrastructures, notamment dans les pays du sud qui seront les plus touchés.

Pour faire tout cela, on a aura besoin de trois types de réponses :

• Politiques : fixer un prix du carbone élevé mais socialement juste, interdire certains produits comme les véhicules trop lourds, imposer des règles comptables prenant en compte les externalités écologiques, faciliter la formation et l’implication des citoyens dans les politiques locales et bien sûr les plans d’investissements adaptés aux objectifs, ce qui sera déterminant pour la relance post-pandémie.
• Comportementales : régimes alimentaires peu ou pas carnés, privilégier le train, le vélo ou les transports en commun afin d’éviter l’avion et la voiture individuelle, choisir une épargne qui va financer des solutions climat, et plus globalement une forme de sobriété dans les usages, notamment sur la durée de vie des produits
• Technologiques : déployer des sources d’énergie ultra-bas-carbone, généraliser leur usage dans tous les secteurs, stopper la dégradation des écosystèmes naturels et les restaurer, de capter du CO2 à grande échelle, permettre l’adaptation au changement climatique, notamment des populations les plus vulnérables.

Ces trois leviers sont fortement complémentaires : aucun ne permettra, à lui seul, de répondre à l’urgence climatique et écologique. La réponse des Etats de l’UE face à la pandémie de Covid-19 nous montre que des moyens conséquents peuvent être mobilisés en temps de crise : il s’agit maintenant de saisir l’opportunité d’accélérer et de renforcer encore l’ambition du Green Deal Européen via les différents plans de relance.

Selon vous, comment les technologies peuvent-elles nous aider à répondre à la demande croissante en énergie ? 

Au-delà du déploiement de sources bas-carbone (renouvelables et nucléaire) il existe un potentiel énorme avec l’efficacité énergétique. Certaines solutions sont relativement simples sur le plan technologique, par exemple l’isolation des bâtiments. La récupération de chaleur offre également un potentiel important : Terrao utilise un nouveau type d’échangeur air-eau pour récupérer la chaleur latente de l’air humide, et la chaufferie bas-carbone Accenta récupère la chaleur fatale dégagée par les climatiseurs en été, pour la stocker en sous-sol et la réutiliser en hiver. Les réseaux de chaleurs urbains peuvent aussi utiliser de nouvelles sources, comme les data centers ou même les routes, à l’instar de la Power Road d’Eurovia.

L’efficacité énergétique passe également par la conception de véhicules légers et sobres en énergie, ou encore par des nouveaux processus industriels. Via Separations utilise une nouvelle technologie de membrane pour améliorer des procédés de filtration énergivores dans des secteurs comme le papier, la chimie ou l’agro-alimentaire. Il est aussi fondamental de contenir la demande en énergie du numérique, en optimisant les data centers et l’infrastructure réseau, et en allongeant la durée de vie des produits électroniques.

Enfin, il reste un enjeu fondamental : la maîtrise de l’effet rebond, dans lequel les gains économiques provoqués par des économies d’énergie tendent à susciter une consommation additionnelle énergivore. Je pense que la solution à cet enjeu reposera sur des incitations économiques intelligentes qui viseront à « flécher » les gains vers des usages neutres en carbone ou régénerateurs des écosystèmes naturels.

Dans quels domaines existe-t-il encore des marges de manœuvre pour tendre vers la décarbonation de nos activités ?

Sur le plan technique, il existe de nombreux défis à relever, que des acteurs comme Breakthrough Energy ont répertorié en détail. Je vais prendre deux exemples : le stockage d’énergie et les carburants bas-carbone.

Concernant le stockage, nous sommes dans un contexte où le prix du solaire et de l’éolien ont chuté drastiquement ces 10 dernières années et continuent de diminuer rapidement. C’est fantastique et cela devrait accélérer la fin du charbon. Mais comme ces énergies sont intermittentes, il est crucial de pouvoir les stocker pour en bénéficier quand le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas. Les batteries au lithium peuvent fonctionner sur l’équilibrage du réseau (quelques minutes à quelques heures) mais sont totalement inadaptées pour du stockage journalier, hebdomadaire, et encore moins saisonnier.

Pour le stockage de longue durée, le pompage-turbinage est bien maîtrisé, mais les sites favorables à la construction de barrages sont presque tous utilisés. Il y a quatre grand types de technologies « candidates » pour le suppléer :

• Le stockage mécanique utilisant la gravité par d’autres moyens que les barrages, ou utilisant la pressurisation d’eau ou d’air, à l’instar de GeoStock, filiale de VINCI.
• Le stockage thermique utilisant des matériaux capables de stocker de la chaleur latente comme Azelio, ou des très hautes températures
• Le « power-to-X » qui convertit le surplus d’électricité en hydrogène, ammoniac ou en carburant liquide de synthèse. Beaucoup d’acteurs de concentrent sur la production d’hydrogène par électrolyse, comme McPhy ou Enapter.
• Les batteries à flux, qui utilisent des électrolytes dilués en solution aqueuse, et séparés l’un de l’autre par une membrane. Form Energy vient par exemple d’annoncer un projet pilote de 150 heures de stockage.

Les carburants bas-carbone seront quant à eux essentiels pour décarboner notamment le transport de longue distance (aérien, maritime, routier) ou l’industrie lourde, comme la production d’acier. Les biocarburants de première génération ne sont pas une solution car ils requièrent des monocultures de maïs ou de canne à sucre sur des territoires beaucoup trop importants, facteurs d’émission indirecte, de consommation d’eau et de volatilité des prix agricoles. Les générations suivantes offrent davantage de potentiel, comme le biogaz d’enfouissement à l’instar de Waga Energy, ou encore la biomasse issue de résidus agricoles et forestiers, ou encore les microalgues — dont les coûts restent encore prohibitifs.

Deux pistes très prometteuses sont les carburants de synthèse produits à partir de CO2 capturé, comme LanzaTech ou Opus12, et l’hydrogène qui connaît un regain d’intérêt depuis quelques années en raison de sa grande versatilité. Cependant 95% de l’hydrogène est aujourd’hui produit à partir de gaz naturel : il est donc crucial d’industrialiser les procédés bas-carbone (hydrogène vert) : par électrolyse alimentée en énergie renouvelables ou nucléaire, par des procédés de conversion de la biomasse, ou encore par des procédés à très haute températures alimentés par du solaire thermique.

La France est à l’avant-garde de la recherche sur le nucléaire. Où en est-on de la fission et de la fusion nucléaire ?

Nous avons en effet la chance d’avoir une électricité bas-carbone et peu chère grâce au nucléaire, et d’avoir une recherche d’excellence, notamment via le CEA. Mais la France a sous-investi sur les réacteurs de génération IV : il est par exemple très regrettable que le programme ASTRID ait été interrompu par le gouvernement. Le manque d’investissements dans la filière, et notamment la perte de compétence, est en grande partie à l’origine des retards et surcoûts sur l’EPR, là où la Corée du Sud et la Chine les maîtrisent mieux.

Il y a toutefois quelques projets prometteurs, comme le projet Nuward de petit réacteur modulaire, un domaine sur lequel travaillent de nombreux acteurs (publics et startups) en Amérique du Nord et dans d’autres pays d’Europe. Ce type de réacteur, dont la puissance est 10 à 100 fois inférieure à celle d’un réacteur conventionnel, a l’avantage d’être bien moins coûteux et plus rapide à déployer, avec une sécurité renforcée et, dans le cas de certains designs (génération IV) de réutiliser une partie du combustible usé.

La fusion repose sur un principe complètement différent : au lieu de casser des atomes lourds, il s’agit de fusionner des atomes légers (isotopes de l’hydrogène) pour imiter la réaction qui se produit dans les étoiles. Enormes avantages par rapport à la fission : un volume négligeable de déchets radioactifs (et de faible durée de vie), et une sécurité simplifiée car les pertes de contrôle sont impossibles (pas de réaction en chaîne). Le projet international ITER installe son réacteur expérimental à Cadarache et doit produire un gain net d’énergie en 2035. En parallèle, de nombreuses startups développent des réacteurs alternatifs s’appuyant sur des nouvelles technologies, par exemple dans le domaine des aimants supraconducteurs à haute température. Il existe une vingtaine de startups de fusion, dont Commonwealth Fusion aux Etats-Unis (spinoff du MIT) ou Renaissance Fusion en France, sur le modèle du stellarator (et que j’ai le plaisir d’accompagner).

Good Tech Lab est une agence d’innovation orientée mission, qui décrypte et accompagne les réponses technologiques face à l’urgence climatique. En collaboration avec Leonard, Good Tech Lab a produit une panorama sur les CleanTech. Retrouvez l’interview de Benjamin Tincq sur les apports de ces technologies dans le secteur de la construction.

Propos recueillis par Mathilde Driot, Construction21

De septembre 2019 à mai 2020, Leonard vous invite à explorer les transitions engagées et celles qui restent à entreprendre dans les territoires et les métiers de la construction et des concessions pour relever les défis imposés par l'impératif de la transition climatique. 

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