Énergie nucléaire, fossile, renouvelable… Quels enjeux liés à l’utilisation des matériaux dans le secteur de l’énergie ?

L’énergie, un secteur en profonde transformation

Une correcte utilisation de matériaux joue un rôle primordial dans l’industrie énergétique. En effet, les acteurs de cette industrie sont soumis à de nombreux enjeux structurels directement liés aux matériaux composants, soit les structures conçues pour la transformation, le transport ou encore le stockage d’énergie, soit les matières elles-mêmes. Parmi ces nombreux enjeux, on en décèle certains modifiant en profondeur l’utilisation des matériaux dans le secteur de l’énergie. Par exemple, l’accroissement de la population mondiale implique une augmentation de la performance des matériaux afin de pallier la hausse de la quantité d’énergie, en limitant par exemple le poids des structures. Les préoccupations environnementales grandissantes nécessitent elles aussi de nouveaux matériaux pour une utilisation plus économe (bambou, lièges etc…).

La place des matériaux dans l’industrie de l’énergie

Les matériaux sont à la base de tous les appareillages utilisés dans l’industrie énergétique. Leur utilisation prend une place de plus en plus importante dans les systèmes actuels et complexes, notamment dans leur efficacité à produire, transporter ou stocker l’énergie. On peut le voir en prenant l’exemple des cellules photovoltaïques, dont la matière première utilisée est le silicium, un matériau photosensible et semi-conducteur. Les challenges actuels sont donc de créer et/ou découvrir des matériaux ayant les propriétés adéquates à la création des systèmes énergétiques du futur

Au-delà de ces enjeux globaux, chaque acteur va également avoir des préoccupations spécifiques selon le type d’énergie produite (fossile, nucléaire, renouvelable…)..

Quels enjeux liés aux matériaux pour chaque type d’énergie ?

L’industrie de l’énergie se segmente en 3 grands types de production d’énergie, présentant chacune des enjeux propres :

L’énergie nucléaire 

D’une part, les matériaux jouent un rôle prépondérant dans les installations nucléaires. Les installations sont nombreuses, mais si on prend l’exemple des réacteurs nucléaires, ceux-ci doivent répondre à certaines attentes, notamment avec la génération IV “les réacteurs du futurs”. Ces réacteurs devront être plus économes en ressources, produire moins de déchets, être mieux protégés contre les agressions externes ou contre les risques de prolifération. Ainsi, l’innovation doit se porter sur des nouvelles approches de production et l’utilisation des matériaux dans des conditions spécifiques (EPR, ABWR) afin de garantir le prolongement du parc existant.

D’autre part, ces enjeux de sécurité et de productivité se retrouvent au sein même des matières et matériaux utilisés. En effet, un contrôle très strict est mené par l’ASN et l’IRSN, les organismes chargés de la réglementation de la radioactivité des matières fissiles. Ainsi, des essais doivent être menés de manière régulière sur ces matières, et il est nécessaire de tracer l’information sur chaque matière tout au long de son cycle de vie. Il est ainsi courant de voir des fiches descriptives mises à jour en continu afin de répondre à cet enjeu. Dans le secteur du nucléaire, ces enjeux de sécurité se caractérisent aussi par des masses limites à ne pas dépasser, par exemple la quantité en uranium. Des bilans de mesures doivent ainsi être produits, et lors de l’entrée de la matière dans l’installation, il est important de vérifier par de la simulation que les masses limites ne soient pas dépassées afin, entre autres, de respecter des niveaux de radioactivité acceptables. L’incertitude est prise en compte dans l’insertion des matières, avec des mesures de poids extrêmement précises.

Ainsi, des essais doivent être menés de manière régulière sur ces matières, et il est nécessaire de tracer l’information sur chaque matière tout au long de son cycle de vie. Il est ainsi courant de voir des fiches descriptives mises à jour en continu afin de répondre à cet enjeu. Dans le secteur du nucléaire, ces enjeux de sécurité se caractérisent aussi par des masses limites à ne pas dépasser, par exemple la quantité en uranium. Des bilans de mesures doivent ainsi être produits, et lors de l’entrée de la matière dans l’installation, il est important de vérifier par de la simulation que les masses limites ne soient pas dépassées afin, entre autres, de respecter des niveaux de radioactivité acceptables. L’incertitude est prise en compte dans l’insertion des matières, avec des mesures de poids extrêmement précises.

L’énergie renouvelable 

Le secteur des énergies renouvelables offre des perspectives d’innovations très larges. La majorité des enjeux font ainsi appel à la notion de nouveaux matériaux, afin de répondre à des enjeux économiques, écologiques mais surtout de productivité. 

La liste d’utilisation des nouveaux matériaux ainsi que leur utilisation est trop longue pour être listée ici, mais nous pouvons tout de même citer en guise d’exemple les nanomatériaux, avec les nanoparticules de silicium pour l’électronique moléculaire ou les nanotubes de carbone, plébiscités pour leur résistance.

En effet, ces matériaux carbonés et carbonés hybrides nanostructurés trouvent leur utilité dans de nombreux autres domaines, comme le stockage de l’énergie, l’adsorption ou la catalyse. 

Les énergies fossiles 

Les enjeux et préoccupations majeurs de l’exploitation des énergies fossiles sont d’extraire des ressources toujours plus profondes et difficiles d’accès

De plus, les émissions de gaz à effet de serre qu’elles émettent liées au carbone libéré sous forme de CO2 lors de la combustion, contribuent au réchauffement climatique. Ces préoccupations doivent être prises en compte dans un contexte de ressources épuisables et génératrices de nombreux déchets. 

Vers une utilisation efficace des matériaux pour répondre à ces enjeux

Au-delà du type d’énergie produite, les enjeux liés aux matériaux dans l’industrie énergétique sont multiples, et peuvent être par exemple liés à l’activité (l’exploitation des ressources, la production, la conversion, le transport et enfin le stockage de l’énergie). Les matériaux ont un impact sur chaque domaine, mais les attentes sont différentes.    

L’implication des matériaux est par ailleurs systématique, non seulement pour leurs propriétés fonctionnelles (physiques et chimiques) permettant la transformation en énergie mais aussi pour les éléments de structure (propriétés mécaniques, résistance à la corrosion etc…).

Pour plus d’informations sur l’utilisation et la gestion des données matériaux pour votre site d’exploitation, de production, de stockage ou de transport d’énergie, nous vous invitons à prendre contact avec le groupe BASSETTI, nos experts en matériaux dans le secteur de l’énergie sauront répondre à vos attentes.