Mohammed Benlahsen, président de l’université de Picardie Jules Verne depuis 2016, est président de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (Ancre) depuis septembre 2019. Il succède à François Jacq, administrateur général du Commissariat à l’énergie atomique.

Propos recueillis par Laura Icart

Pouvez-vous nous présenter l’Ancre, son organisation et ses missions ?

Créée en juillet 2009, l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie rassemble 19 organismes de recherche et conférences d’établissements d’enseignement supérieur ayant une activité de recherche dans le domaine de l’énergie [CEA, CNRS, CPU, Ifpen, Andra, BRGM, CDEFI, Cirad, CSTB, Ifremer, Ineris, Inrae, IFSTTAR, Inria, IRD, IRSN, IRSTEA, LNE, Onera, NDLR]. Renforcer les synergies et partenariats entre organismes de recherche, universités et entreprises, identifier les verrous scientifiques et techniques qui limitent les développements industriels, proposer des programmes de recherche et innovation et les modalités de leur mise en œuvre et contribuer à l’élaboration de la stratégie nationale de recherche en matière d’énergie ainsi qu’à la programmation des agences de financement sont nos principales missions. Un travail mené en concertation avec l’Alliance européenne sur la recherche en énergie (EERA), qui vise à renforcer, étendre et optimiser les capacités et programmes de recherche européens dans le secteur énergétique, dans le cadre du plan stratégique européen pour les technologies énergétiques afin d’accélérer le développement et l’industrialisation de solutions bas carbone.

Quel est votre plan d’action pour ces deux prochaines années et vos priorités ?

L’alliance Ancre est un lieu d’échanges privilégiés et je souhaite consolider la démarche de mise en réseau pour élargir nos approches de manière plus transversale à de nombreux domaines de recherche, sur le plan national et européen comme par exemple les objectifs de neutralité carbone. Mon prédécesseur a su impulser une démarche d’auto-évaluation de sa position et de ses actions pour redynamiser et renforcer les travaux de l’alliance, gagner en pertinence et en décloisonnement et proposer un plan d’action en quatre points : la finalité de l’alliance, les actions communes pour ses membres, son organisation et son fonctionnement ainsi que sa communication. Mon mandat se propose de poursuivre cette démarche. L’enjeu est de confirmer l’engagement mutuel des partenaires et d’avancer ensemble dans les priorités que nous avons choisies et que nous définissions tous en commun. Ce travail consiste à décliner le plan d’action en termes de projet transversaux pour aller vers une approche nécessitant des croisements thématiques « nexus » (énergie-forêt, énergie-alimentation, cycle du carbone, mobilité et ville durable, etc.), ou encore analyser la complémentarité des technologies.

La recherche française constitue un secteur d’excellence reconnu mondialement. Pourquoi est-elle un maillon indispensable du monde énergétique ?

Saluée dans le monde entier, la recherche française compte dans ses rangs 65 prix Nobel, ce qui place la France au 4^e rang du palmarès, et près d’un tiers des médaillés Fields sont issus de laboratoires français [la 2^e nation derrière les États-Unis, NDLR]. Ces prix et distinctions rapportés au nombre de chercheurs en France révèlent des activités de recherche de premier rang. Tout ce potentiel de création de valeur repose sur les laboratoires de recherche publics et donc sur les chercheurs qu’il convient de valoriser et reconnaître davantage. En outre, dans un secteur aussi compétitif, la question de souveraineté énergétique est primordiale. Cette position doit donc être consolidée par une politique volontariste. La recherche n’est pas une dépense mais un investissement d’avenir faisant de ce maillon un atout majeur pour accélérer la transition énergétique, maintenir et accroître la compétitivité des entreprises à l’échelle régionale, nationale et mondiale.

Comment cette excellence peut-elle concrètement être un levier de croissance et d’innovation dans des domaines comme l’énergie ?

Pour commencer, je voudrais préciser que pour un objet aussi mutant et d’actualité que la thématique de l’énergie, seule une recherche reconnue, dynamique et pluridisciplinaire dans ce domaine permet de conjuguer à la fois la question scientifique et la problématique sociétale. En effet, l’élaboration des connaissances est une démarche qui se nourrit d’une amélioration continue du savoir et qui nécessite un temps long. C’est ce savoir dynamique qui lui permet de proposer de nouvelles ruptures technologiques imaginant de nouvelles technologies, capables d’accompagner la mutation de nos usages énergétiques, plus performantes et moins coûteuses avec un impact environnemental réduit. En cela, elle peut être un maillon indispensable du monde énergétique. Dans le domaine de l’énergie, la France dispose d’une communauté de recherche reconnue mondialement et qui couvre des secteurs et applications très diversifiés : de la microélectronique à la thermique, en passant par l’électrochimie, l’hydrogène et la thermohydraulique. Elle est présente sur l’ensemble de la chaîne de valeur de la R&D : la recherche fondamentale, industrielle, l’expérimentation pré-industrielle et les démonstrations technologiques effectuées notamment par les entreprises industrielles, en partenariat avec les laboratoires publics et les établissements publics à caractère industriel et commercial. Ces atouts lui permettent de répondre aux enjeux futurs en proposant des technologies performantes et durables, minimisant l’impact environnemental tout en optimisant le modèle économique associé à chaque technologie et, de facto, favorisent leur démocratisation et leur essor sur le marché.

Vous avez entamé une réflexion sur la neutralité carbone en 2050 et les moyens d’y parvenir. Quelles sont les premières pistes à l’étude ?

En effet, l’Ancre démarre une étude sur des trajectoires de neutralité carbone pour la France à l’horizon 2050. Pour cela il est nécessaire de croiser offre et demande et prendre en compte les synergies entre les vecteurs énergétiques et les différents réseaux d’énergie : électricité, gaz, chaleur… La valeur ajoutée de l’Alliance est de pouvoir bénéficier de l’expertise technologique de ses groupes programmatiques pour construire des scénarios qualifiés technologiquement en quantifiant le potentiel de déploiement de celle-ci et en qualifiant leur impact : environnemental (CO₂), sociétal, en termes d’emploi, de santé… De plus, l’Ancre mène un projet transversal sur les puits de carbone et les différentes façons de générer des émissions de carbone négatives à même de compenser les émissions de gaz à effet de serre incompressibles en 2050.

Quels sont aujourd’hui les secteurs en France qui mobilisent le plus la communauté scientifique pour répondre aux enjeux de la transition énergétique ? Quels sont les leviers pour décarboner les transports, le bâtiment, l’industrie ?

Incontestablement le stockage massif (avec l’hydrogène) ou distribué, mais surtout l’intégration du stockage dans les stratégies de flexibilité des réseaux d’énergies, pour répondre à une insertion plus importante d’énergies renouvelables (EnR) de type PV photovoltaïque ou éolienne. Bien évidemment, la gestion des réseaux et leur adaptation à cette nouvelle donne est également un sujet important, de même que le nécessaire back-up pour disposer d’une base énergétique suffisante pour satisfaire la demande. On peut citer, par exemple, la complémentarité entre le nucléaire (qui dispose aussi d’une certaine flexibilité) et les EnR. La flexibilité par la gestion de la demande mobilise également les communautés : il faut exploiter des données d’usages (en s’appuyant sur l’intelligence artificielle) pour piloter efficacement la demande, le stockage local ou encore la production d’énergies renouvelables à l’échelle locale. L’importance des sciences humaines et sociales dans la compréhension de ces nouveaux mécanismes de gouvernance énergétique est ici essentielle. En ce qui concerne l’industrie, l’enjeu est à la fois de réduire son empreinte énergétique et environnementale tout en maintenant sa compétitivité. Ceci doit passer par l’introduction d’énergies renouvelables, l’amélioration de l’efficacité énergétique des composants des procédés, l’intégration énergétique. L’optimisation passe aussi par un meilleur pilotage des installations et donc des capteurs fiables et peu coûteux et des outils logiciels. Pour certaines industries (sidérurgie, cimenterie), le recours au capture et stockage, voire à la valorisation du CO₂ sera nécessaire pour réduire les émissions de CO₂ liées au procédé. Enfin, le recours aux matières premières secondaires est un enjeu technique mais aussi économique et pour la qualité des produits. Récupérer et exploiter la chaleur fatale, introduire des vecteurs énergétiques et des sources d’énergie décarbonées, électrifier les procédés sont aussi des leviers importants. Pour le secteur du bâtiment, il faut accélérer la rénovation thermique, utiliser des matériaux stockant du carbone ou mais également utiliser les bâtiments comme des capteurs d’énergies et gérer de manière intelligente cette énergie. Dans le domaine des transports, il faut massifier les solutions de véhicules électriques (batteries et hydrogène) et adopter une approche systémique en optimisant les solutions de mobilité à l’échelle d’une ville, d’un territoire.

Pourquoi le stockage de l’énergie est-il indispensable à la transition énergétique ?

La production d’énergie à partir de sources renouvelables (éolien, solaire, marées, etc.) est par définition intermittente, distribuée dans le temps et dans l’espace. Pour assurer un équilibre entre les besoins (la consommation) et la production énergétique, il faut pouvoir stocker ces énergies renouvelables sur des échelles de temps variables (horaire, journalière, saisonnière) pour les restituer en fonction de la demande. Stocker donne donc des moyens de flexibilité accrus aux réseaux électriques et l’interconnexion entre les réseaux (gaz, électricité, chaleur) et les stratégies d’inter-conversion entre vecteurs donne des opportunités supplémentaires au stockage et accroît encore la flexibilité des réseaux d’énergie.

Pouvez-vous faire un point sur la recherche actuellement en cours sur les technologies de captage, stockage et recyclage du CO₂ ?

Les techniques de captage du CO₂ sont matures. Même s’il faut encore accroître leur efficacité il faut maintenant en réduire les couts, notamment en termes énergétique. L’accent doit être mis sur les sources de carbone concentrées. La séquestration géologique du CO₂ a suscité de nombreuses recherches, cependant la faible rentabilité des marchés du carbone et de la taxation de celui-ci a rendu ce procédé hors de toute rentabilité économique. Néanmoins, il sera impossible de se passer d’émissions négatives de carbone et donc de CO₂ pour assurer la neutralité carbone, et le stockage géologique reste une option très sérieuse. La mobilisation de procédés de recyclage du carbone nécessite encore de nombreux travaux de recherche pour rendre les procédés de conversion peu énergivores, sobres en ressources (pour les procédés catalytiques notamment). L’utilisation de l’énergie solaire pour le recyclage du CO₂ et la décarbonation de la chimie pour produire des combustibles, ou des commodités chimiques (ammoniac notamment), ou encore les procédés électro-catalytiques (l’électricité provenant de sources renouvelables) electrofuels, nécessitent encore de nombreux travaux pour arriver à maturité et avoir un impact significatif sur les émissions. L’Ancre s’implique fortement sur les grandes initiatives européennes en la matière, en fédérant la communauté nationale. Le captage, stockage et utilisation du CO₂ (CCUS) est l’une des principales voies technologiques permettant de réduire, à court comme à moyen et long terme, les émissions de CO₂ provenant des industries intensives en énergie, lesquelles ne disposent pas aujourd’hui de technologies bas carbone de substitution.

Quelle place pour l’hydrogène dans les scénarios de l’Ancre ? Et l’hydrogène décarboné ?

L’hydrogène est considéré comme un vecteur énergétique. Il a l’avantage d’être trois fois plus énergétique que les hydrocarbures classiques et de n’émettre que de l’eau (et de la chaleur) lors de son utilisation en PAC. C’est donc un carburant très vertueux à condition d’être produit de manière décarbonée. Aujourd’hui, l’hydrogène provient principalement du réformage du méthane, qui produit du CO₂. L’hydrogène du futur devra provenir de source décarbonée (électrolyse de l’eau à partir d’électricité issue de renouvelable, bio-hydrogène, hydrogène naturel…), électrolyse photo-assistée.  Ainsi, l’hydrogène vert sera un acteur de la mobilité lourde (train, camions, voiture particulière pour longue distance). Il sera aussi un intermédiaire clé dans le recyclage du CO₂ pour la synthèse de la plupart des produits chimiques de commodité et peut-être du kérosène (via le procédé methanol-to-kerosène). L’Europe place l’hydrogène au cœur de son futur mix énergétique avec une cible d’un quart de la demande énergétique totale pourvu par l’hydrogène en 2050. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, il y a urgence à investir dans la recherche afin de développer des moyens de production durable mais également préparer son stockage massif. Aujourd’hui, les 70 millions de tonnes d’hydrogène produites annuellement dans le monde afin d’alimenter essentiellement l’industrie chimique ne sont rien en comparaison des quantités nécessaires dans le cadre d’une politique énergétique centrée sur l’hydrogène. L’hydrogène présente de nombreux atouts, ce qui explique l’engouement autour de lui. En plus d’être un gaz dont la combustion ne produit que de l’eau, l’hydrogène en tant que vecteur énergétique bénéficie du savoir développé et acquis sur un autre gaz-énergie, le méthane, durant tout le XX^e siècle. À condition que l’on puisse le produire et le stocker massivement, l’hydrogène pourra occuper la place du méthane d’aujourd’hui : un moyen de sécuriser les approvisionnements énergétiques, de faire face à des pics de consommation et à la modulation entre l’été et l’hiver. En ce sens, il faut comprendre qu’aujourd’hui les capacités de stockage d’énergie sous forme gazeuse sur notre territoire sont 370 fois plus importantes que celles de l’électricité (environ 151 TWh contre 0,4 TWh) et qu’un tiers du gaz naturel consommé par les Français est passé au préalable par un stockage géologique, cavité saline ou aquifère profond. Compte-tenu des quantités d’hydrogène ciblées pour demain, le procédé de stockage de l’hydrogène sera probablement calqué sur celui du gaz naturel et nécessitera donc des réservoirs géologiques adaptés. Les stockages souterrains privilégiés sont les cavités salines mais les aquifères profonds pourraient permettre le stockage de plus grandes capacités si la preuve est apportée de leur adéquation avec une activité de stockage d’hydrogène. Aujourd’hui, plus de 95 % de tout l’hydrogène est généré à partir de combustibles fossiles, dans des processus à forte intensité de CO₂ (hydrogène gris). L’hydrogène de qualité supérieure est de l’hydrogène produit avec de faibles émissions de carbone et comprend de l’hydrogène vert produit par hydrolyse à partir d’énergies renouvelables et de l’hydrogène à faible teneur en carbone, l’hydrogène bleu, créé par des énergies non renouvelables dont les émissions sont inférieures au même seuil que l’hydrogène vert. Il existe des projets de production d’hydrogène à partir de méthane fossile associé au captage du CO₂ produit et à son stockage, soit dans les gisements naturels de gaz pour aider à la récupération du méthane résiduel, soit dans des aquifères souterrains. Il ne faut pas oublier l’hydrogène naturel, dont les gisements potentiels sont très mal connus et qui donne lieu à des opérations de prospection en France comme à l’étranger.

La valorisation énergétique de la biomasse est-elle un axe de R&D important, notamment pour le développement des énergies renouvelables ?

En effet, qu’il s’agisse de conversion thermochimique ou biologique de la biomasse en combustibles (biocarburants, chaleur, biogaz) ou matériaux et molécules utiles, l’exploitation de la biomasse contribue à la trajectoire vers une neutralité carbone. Le couplage de la capture et la séquestration du carbone est par ailleurs très mobilisé dans les scénarios du Giec s’appuyant sur des procédés et technologies à émissions de carbone négatives. La biomasse est généralement produite par photosynthèse à partir du gaz carbonique atmosphérique. La productivité en biomasse peut être intensifiée en produisant des micro-organismes (micro-algues), pour lesquelles on peut injecter du gaz carbonique, y compris d’origine industrielle. La valorisation énergétique de la biomasse renvoie a un problème plus systémique : biodiversité, ressources, concurrences d’usages notamment avec la filière alimentation qu’il faut aussi repenser, stockage du carbone, exploitation des co-produits non énergétiques… La biomasse est la première source d’énergie renouvelable en France. Les bioénergies représentent près de 55 % de la consommation finale d’énergie renouvelable en 2019, dont 92 % des EnR du secteur transport, 77 % des EnR des secteurs chaleur et froid, et 7,7 % des EnR du secteur électrique. De nombreux axes de R&D sont en cours de développement en vue du déploiement des EnR en France comme substituts aux carburants pétroliers (essence, gazole et kérosène fossiles), au gaz naturel  (biogaz, biométhane, pyrogazéification, bioGNL), pour la production d’hydrogène ex biomasse, dont les TRL [« Technology Readiness Level », imaginés par la Nasa, ils forment une échelle d’évaluation du degré de maturité d’ une technologie, NDLR] et rendements énergétiques sont encore faibles et sur la gestion de la durabilité de la biomasse.

Méthanisation, méthanation, power-to-gas : les filières du gaz vert émergent en France. Quels sont les atouts et les freins actuels pour accélérer leur industrialisation et arriver à une baisse des coûts ?

Méthanisation, méthanation (auquel il conviendrait d’ajouter la méthanisation biologique) et power-to-gas contribuent tous trois au verdissement du gaz. La méthanisation est une filière mature technologiquement. Avec un gisement mobilisable en 2030 de l’ordre de 90 TWh d’énergie primaire, elle joue un rôle important dans l’atteinte des objectifs de développement des énergies renouvelables de la France. La méthanisation contribue à la transition énergétique. Au-delà, elle présente d’autres vertus : un effet potentiel sur l’emploi dans le secteur agricole, une contribution à l’équilibre économique des exploitations (diversification, stabilisation des revenus, baisse des charges par économie de combustible) et une réponse du secteur agricole aux défis de notre société. La méthanisation rejoint cette façon agroécologique de concevoir des systèmes de production qui s’appuient sur les fonctionnalités offertes par les écosystèmes. Elle les amplifie tout en visant à diminuer les pressions sur l’environnement et à préserver les ressources naturelles. C’est évidemment ce qu’il faut faire comprendre pour une meilleure acceptation de la filière méthanisation en France, qui est l’un des freins au développement. La compétitivité de la filière doit encore être améliorée, notamment en travaillant sur l’amélioration des procédés et leur efficience sur l’ensemble des opérations unitaires de la chaîne de production. Les couts d’injection devraient par ailleurs diminuer avec la massification. La méthanation (conversion du CO₂ capturé sur des procédés industriels et de l’hydrogène produit par les excédents d’électricité des énergies renouvelables) et le power-to-gaz sont technologiquement moins matures même s’il existe de gros projets de démonstration en France (Jupiter 1000, à Fos-sur-Mer). C’est aussi un levier très important de l’interconnexion entre les réseaux électriques et gaziers, le potentiel de stockage du réseau gazier étant plus important.

Agriculture et efficacité énergétique : quels défis pour la recherche et l’innovation ?

D’une manière générale, la ferme peut être considérée comme une usine de production et la plupart des éléments indiqués pour l’industrie restent pertinents (optimisation des composants, des procédés, intégration d’énergies renouvelables, intégration de la ferme dans son territoire, capteurs et outils logiciels d’optimisation) en prenant en compte néanmoins la contrainte financière forte pesant sur les agriculteurs, mais aussi celle de leur temps de travail. Néanmoins, il faut surtout une agriculture plus neutre en carbone, même si les émissions liées au méthane ou au protoxyde d’azote sont difficilement évitables. Évidemment, décarboner les machines agricoles par l’électrification ou l’hydrogène fait partie des défis. On peut aussi retrouver les enjeux liés au biométhane, qui est neutre en carbone (et qui peut être utilisé à l’échelle de la ferme en cogénération). Une agriculture plus neutre en carbone signifie de viser à la réduction des émissions de GES par l’élevage (méthane) ou les fertilisants azotés (protoxyde d’azote), de réduire l’utilisation, directe ou indirecte, de combustibles fossiles, de renforcer le stockage de carbone dans les sols (initiative « 4 pour 1 000 »), de favoriser la réduction des pertes alimentaires et d’accroître le recyclage des déchets agricoles et alimentaires (y compris via la méthanisation), tout en travaillant à l’évolution des régimes alimentaires en amont.

Crédit : Ancre.