Les technologies durables émergentes

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Erik Orsenna

Elodie, votre parcours est très intéressant parce que vous étiez partie sur une piste, puis vous avez changé. Vous étiez ingénieur agronome et vous êtes retrouvée à l’Institut français du pétrole. De l’agronomie au pétrole, on se dit " Mais qu’est ce qui est arrivé à Elodie ? " 

Elodie Le Cadre

J’ai toujours été animé par deux passions le vivant et l’énergie. J’ai souhaité commencer par comprendre le vivant à travers une formation d’ingénieur agronome. Je voulais contribuer  à des solutions qui visent à ne pas polluer ou à diminuer la pollution, et j’ai commencé à travailler sur la transformation de la biomasse en énergie, à travers les biocarburants.

Cette expérience m’a ouvert le champ passionnant de l’énergie qui drive notre économie. L’économie a permis de faire le pont entre ma formation initiale d’agronomie et l’Institut français du pétrole où finalement, j’ai recommencé de zéro en commençant par un master, puis une thèse sur une technologie un peu plus innovante que les biocarburants de première génération, qui consiste à convertir la biomasse pour faire du carburant pour l’aviation.

J’ai finalement rejoint ENGIE pour travailler sur le secteur du gaz électricité.

Erik Orsenna

La transition énergétique intègre différents systèmes au lieu des silos traditionnels. Vous êtes plus compétente que moi en pétrole, mais le pétrole, c’était simple, le gaz, c’était simple, le charbon, c’était simple, c’était simple, efficace, très bien. Maintenant, ce n’est pas comme ça que ça marche. La transition, ça veut dire qu’il y a du lien partout comme dans la vie. Alors on va prendre un personnage principal qui est le sol. Les fossiles venaient du sol, du sous-sol, et les renouvelables vont aussi venir du sol ou on va les emprisonner dans le sol.

Est-ce que vous pouvez nous expliquer ces contraintes du sol ? Le sol, le grand dédaigné, maintenant va redevenir le personnage principal.

Elodie Le Cadre

Les énergies fossiles étaient déjà présentes dans le sol et, quand on a voulu les exploiter, on avait juste à les extraire et à les conduire à travers des réseaux au point final d’utilisation. Aujourd’hui, il faut les substituer et les reproduire sur la base de comment sont constituées ces molécules.  Pour les reproduire on a besoin maintenant d’imaginer de nouveaux systèmes et ces systèmes vont avoir besoin de place, ou vont avoir besoin de la terre pour produire la matière qui servira à faire ce substitut.

Donc dans les deux cas, le sol est clé. 

Erik Orsenna

Le sol est une matière est une matière en conflit parce qu’il y a la concurrence entre les différents usages du sol.

Elodie Le Cadre

C’est ce que j’appréhende à travers les énergies renouvelables qui nécessitent effectivement une acceptation, une installation. On a de la place, on peut l’envisager sur les océans ou dans les déserts, là où on a aussi beaucoup d’énergie solaire et beaucoup de vent. Par contre la production de biomasse  doit se faire sur terre et si on veut aussi enlever du CO2 de l’atmosphère, on a aussi besoin des forêts qui présentent un gros potentiel d’élimination du CO2. Et donc, à nouveau, on fera appel au sol et donc la compétition pour réaliser nos différents usages va s’accentuer.

Erik Orsenna

La deuxième question sur le sol, c’est que par rapport aux anciens modes de production d’énergie dans des centrales extrêmement imposantes réparties dans des endroits fixes sur le territoire, maintenant la production est décentralisée. On a tous vu des méthaniseurs un peu partout, et ça bouleverse complètement notre relation avec le territoire. Il n’y a plus des endroits réservés à l’énergie. D’une certaine manière, c’est l’ensemble du sol qui sera producteur d’énergie. 

Elodie Le Cadre

Et c’est pour ça que maintenant on va avoir une intégration de systèmes dans les systèmes. C’est comme ça qu’on se représente la transition énergétique. Mes études et mon background d’agronome m’aident parce qu’une bonne vision systémique permet aussi de bien comprendre comment on doit opérer une bonne transition énergétique, bien comprendre les interactions entre les différents acteurs qui visent le même "input" comme on dit en économie, qui est le sol.

Erik Orsenna

Après le foncier, c’est à dire la bataille pour le sol et la remise du sol dans sa priorité, la deuxième question, ce sont les matériaux.

Elodie Le Cadre

Tout à fait. Donc là, on passe au sous-sol. On avait, on a toujours des énergies fossiles qui viennent du sous-sol. On venait y chercher le carburant. Maintenant, on va venir chercher les métaux, ce que l’on faisait déjà, mais qui va s'accentuer.

Les énergies renouvelables ont une particularité, c’est d’avoir besoin de métaux pour notamment la conductivité. On va aller chercher ces métaux dans des mines concentrées à certains endroits de la planète. Et ça, ça va créer quelques tensions parce que la demande n’est pas forcément toujours au même endroit que l’offre. On va vers aussi une tension sur l’usage des matériaux. 

Erik Orsenna

L’ordre de grandeur tout à fait impressionnant que vous donnez, c’est qu’on va multiplier par six la production des panneaux photovoltaïques à l’horizon 2050. Ce qui veut dire que le besoin en métaux pour produire ces panneaux est absolument gigantesque. Quels sont les métaux critiques à l’oeuvre dans ces panneaux ?

Elodie Le Cadre

En 2022, on a atteint 1 térawatt d’installations de panneaux photovoltaïques. Et pour atteindre les objectifs de neutralité carbone, on a besoin d’un rythme frénétique d’installations. Ça nécessite forcément beaucoup de matériaux. 

Qualifier un matériau de critique repose sur des analyses géopolitiques et quantitatives, c’est à dire la quantité disponible. Les principaux sont le silicium, le borate et le germanium. Mais ça, c’est au sens de l’analyse européenne de la criticité. Et certains pensent qu’il y en a d’autres au regard de la disponibilité dans le temps.

Erik Orsenna

Alors comment est-ce qu’on fait avec ces matériaux critiques et ce besoin gigantesque ?

Elodie Le Cadre

Il ne faut pas être trop pessimiste non plus parce que sinon, on n’y arrivera pas. Et c’est aussi pour ça que j’aime beaucoup la recherche et l’innovation, et que je baigne dedans depuis plusieurs années.

Si je reprends l’exemple de la santé, quand on a un besoin d’un vaccin pour se protéger du Covid, on est capable d’accélérer la recherche pour trouver un vaccin propre en temps voulu. L’énergie a aussi cette faculté et il existe différentes solutions pour faire face à ce grand besoin international de matériaux, comme par exemple réduire la quantité de matériaux nécessaire. On se rend compte qu’il y a beaucoup de gaspillage, même au quotidien, sur plein de choses. On peut produire la même quantité avec moins, c’est réduire la quantité de matériaux, ça c'est clé. Par exemple pour l’argent, pas la monnaie mais le métal qui permet d’accélérer la conductivité, on a observé 80 % de réduction de la consommation de l’argent depuis 2008. C’est significatif.

On peut aussi substituer des matériaux, c’est à dire passer d’un matériau à un autre. La nature offre des exemples vraiment intéressants parce que certaines molécules du vivant ont cette propriété de conductivité et donc on peut substituer des matériaux métalliques par des matériaux naturels.

Le troisième point, c’est le recyclage. On en parle beaucoup, il faut aller plus vite. Le recyclage, c’est un élément clé car une quantité des matériaux qu’on recherche sont tous déjà autour de nous

Et le dernier point est effectivement de réfléchir à la relocalisation de la production de ces métaux, puisque la géopolitique est aussi un élément clé de la concurrence sur les matériaux.

Erik Orsenna

Si on résume, on réduit, on substitue, on recycle et on relocalise. Donc le possible est là.

Elodie Le Cadre

Nous pensons que oui, le possible est là et l’innovation et la recherche sont, à mon sens, les meilleurs alliés face à cette problématique.

Erik Orsenna

Il y a une autre grande ligne de recherche qui tient un peu de l’apprenti sorcier quand même. On appelle ça le géo engineering, c’est à dire qu’on refait la création. Qu’est-ce que vous nous proposez ? Parce que moi, en tant qu’auteur, je veux faire le tome deux de la Bible qui est le premier best-seller jamais écrit. Et donc, en 7 nouveaux jours, qu’est-ce que vous allez nous proposer ?

Elodie Le Cadre

Le géo-engineering est une famille de solutions qui vise à limiter les impacts du changement climatique liés à la quantité de gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère. Il y a un consensus, qui est critiqué, mais il y a quand même un consensus dans la littérature pour dire que le géo-engineering comprend deux familles . La première vise à gérer la radiation lumineuse qui arrive sur terre, qui réchauffe la planète suffisamment pour qu’on puisse vivre, mais qui, à cause du CO2  trop présent dans l’atmosphère, chauffe trop notre boutique, donc pose problème. 

Certains apprentis sorciers, comme vous dites, réfléchissent à des solutions comme des miroirs qui renverraient dans l’espace ces rayons lumineux ou la création artificielle de nuages pour diminuer la chaleur que génèrent ces rayonnements lumineux.

Effectivement, là, je suis moi aussi dubitative parce qu’on n’a pas assez de résultats et de données pour pouvoir qualifier l’innocuité de ces solutions.

Erik Orsenna

On est d’accord, c’est quand même assez fou ! J’ai vu des solutions qui me semblent plus modestes, à savoir repeindre en blanc tous les toits, ce qui renvoie la lumière grâce au mécanisme de l’albédo. Mettre un grand miroir pour refléter et renvoyer au soleil ce qu'il nous envoie, ou mettre d’énormes lunettes de soleil pour nous protéger des rayonnements ou créer des nuages, on ne sait pas ce que ça va donner comme contre effet quand même ? 

Elodie Le Cadre

Tout à fait. Mais c’est pourtant un sujet qui émerge et sur lequel l’attention est portée. Face à la difficulté que nous avons à réduire significativement nos émissions de gaz à effet de serre, certains pensent que pour limiter le réchauffement climatique à un certain nombre de degrés, il faut réfléchir au plan B. Et ce plan B comporte des solutions qui font peur. 

Mais il faut voir les choses en face. Je pense que oui, ces solutions pourraient contribuer à diminuer le réchauffement climatique. Mais est-ce que ce qu’on veut ? C’est la question qu’il faut se poser.

Erik Orsenna

C’est marrant parce qu’on n’a  pas peur de ce qui est certain, mais on a peur d’une réponse à l’incertain.

Elodie Le Cadre

Il y a une autre famille de solutions, qu'on appelle les « negative emission technologies », les technologies d’élimination du CO2. Aujourd’hui, les océans et les forêts, la nature, le sol aussi ont la capacité d’absorber ce gaz à un certain rythme. On va chercher à accélérer l’évacuation de surplus de gaz à effet de serre déjà stocké dans l'atmosphère.

Cette catégorie comprend différentes solutions, dont des solutions qui sont basées sur la nature, qu’on appelle les « natural based solutions », comme la forêt. Mais la forêt veut vouloir dire reforestation ou afforestation : des terrains qui n’étaient pas des terrains destinés à la forêt qu’on replante en forêt et d’autres qui ont été coupés ou brûlés et qu’on replante pour reconstituer un système forestier.

Erik Orsenna

C’est quand même contraire à toute la tendance qui déforeste parce qu’on a besoin du terrain soit pour les panneaux solaires, soit pour augmenter la capacité de production. 

Elodie Le Cadre

Ou pour les biocarburants qui ont généré des changements d’allocation.

Erik Orsenna

Donc, on revient à la grande question de la bataille pour le foncier.

Elodie Le Cadre

Exactement. La question du foncier va devenir évidente aussi parce que la population mondiale augmente et que les besoins augmentent. C’est une évidence qui nous rappelle qu’avec des ressources finies, on va avoir effectivement de fortes compétitions.

Erik Orsenna

Est-ce que vous pourriez nous parler un peu aussi d'une autre solution ? Qu’est-ce que c’est que cette histoire de biochar ? Parce que j’ai appris, moi, que le charbon, c’est l’ennemi. Et voilà t-il pas que le charbon peut être gentil ?

Elodie Le Cadre

Le vivant est composé de bactéries qui ont la capacité de dégrader la matière organiqu, ce qu’on appelle la digestion. Il y a la digestion aérobie ou anaérobie, avec ou sans oxygène. Si une biomasse est produite, elle absorbe du CO2 dans l’atmosphère grâce à la photosynthèse. La photosynthèse, je trouve ça magique, on essaie aussi de la reproduire pour pouvoir capter du CO2. Si on laisse la biomasse se dégrader, c’est le cycle du carbone, elle ré-émet naturellement son CO2 dans l’air, à l’état gazeux et ensuite une autre plante va le ré-absorber. Sauf que nous, on ne veut pas que ça retourne dans l’atmosphère puisque notre question est justement de vider cet excédent de CO2 significativement.

Donc on va chercher des systèmes, des technologies qui vont stabiliser ce CO2,  qui vont éviter qu’il retourne à l’état gazeux. La pyrolyse est une solution, une technologie où on chauffe à environ 200 degrés, mais en évitant la combustion, en évitant de brûler, et on va arriver à une matière qui s’appelle le biochar, parce que ça ressemble à un charbon de bois qui, répandu sur les sols, a des propriétés agronomiques et qui laisse le carbone à l’état minéral.

Donc en conclusion, une fois que la plante a absorbé ce CO2, soit il est stocké dans l’arbre, dans le bois et après on fait des planches avec le bois, on fait en sorte qu’il ne soit pas brûlé parce que sinon le CO2 repart encore à l’état gazeux, soit on le remet au sol à travers une solution qui s’appelle le biochar.

Erik Orsenna

Et ça, c’est excellent parce qu’on a bien compris que c'est quand il est gazeux qu'il peut être dangereux. Quand il est solide, c’est bon. 

Elodie Le Cadre

C’est ça. On vide notre compte épargne carbone dans l’air.

Erik Orsenna

Alors en gros, on a trop de carbone à l’état gazeux. Donc on va essayer de le laisser à l’état solide parce que le carbone, c’est la vie, on le sait. Alors soit il va dans l’arbre et on le laisse dans l’arbre, soit on s’arrange pour le répandre sur le sol.

Maintenant, il y a l’hydrogène. L’hydrogène est partout et on entend dire que l’hydrogène, c’est la solution.  Est-ce vraiment  la solution ? Et si c’est la solution, quelles pistes emprunte cette solution ? 

Elodie Le Cadre

Pour comprendre pourquoi l’hydrogène est considéré dans le panel des solutions, on se réfère à sa formule : H2. Il n’y a que deux H et pas de C, pas de carbone, celui qu’on cherche à séquestrer quelque part. Donc effectivement, l’hydrogène paraît être un vecteur énergétique très prometteur pour notre combat dans la transition énergétique et la neutralité carbone. 

Erik Orsenna

C’est très rare, les éléments dans la nature où il n’y a pas de C ?

Elodie Le Cadre

Oui parce qu’en fait on aime bien se recombiner avec du carbone pour la stabilité de la molécule.

Erik Orsenna

Parce que le carbone est volontiers échangiste.

Elodie Le Cadre

Exactement. Il aime bien se combiner. Il transporte ainsi plus d’énergie. 

On a mis les projecteurs sur deux technologies qui sont d’autres moyens de produire de l’hydrogène. Si on parle de l’hydrogène bas carbone, parce qu’aujourd’hui l’hydrogène est basé sur une technologie principale qui est le réformage du gaz naturel, donc le gaz naturel, c’est CH4, un carbone et quatre hydrogènes. On enlève le carbone du CH4 et on récupère quatre hydrogènes, donc ça c’est chouette, mais ça pollue parce que le CO2 repart dans l’atmosphère. 

Pour l’hydrogène turquoise on continuer à utiliser le même input, donc le gaz naturel, le CH4. Mais au lieu qu’il retourne à l’état gazeux, il est à l’état solide. Donc c’est une technologie qui a la capacité de récupérer les quatre hydrogènes de notre molécule de gaz naturel, qui est quand même une molécule hyper intéressante pour plein de raisons pratico pratiques, et on se retrouve avec un carbone à l’état solide, ce qui nous arrange puisqu’on ne veut pas qu’il retourne à l’état gazeux. La question quand on parle de marché et d’économie, c’est qu’est-ce qu’on va faire de ce carbone solide ? Pour 1 kg d’hydrogène, on se retrouve avec 3 kg de carbone solide. Et donc quid de ce monticule de carbone solide ?

Résumons : l’hydrogène turquoise, même input, un bilan environnemental meilleur que le réformage du méthane. Mais une question à se poser, qu’est-ce qu’on fait ce produit ?

On a mis l’accent sur une autre technologie qui repose sur un système connu, la photosynthèse, capter l’énergie lumineuse et la convertir directement en molécules d’intérêt. Aujourd’hui, on passe par un panneau photovoltaïque pour fabriquer l’électricité, on met un panneau photovoltaïque, on fabrique d’électricité et ensuite, avec cette électricité, on fait de l’électrolyse de l’eau, c’est ce qu’on appelle communément l’hydrogène vert. Mais on peut aussi passer directement, comme le fait la plante. Grâce à sa chlorophylle, elle capte les rayons lumineux et avec de l’eau et des minéraux, elle est capable de transformer ces rayons lumineux en molécule d’intérêt pour grandir.

On essaye de reproduire la même chose, c’est ce qu’on appelle la photosynthèse artificielle. Pourquoi on essaye de reproduire ça et pourquoi on ne laisse pas la nature faire ?  C’est que la nature est très intéressante, mais le point limitant, c’est son rendement. Ca va doucement, le rendement de la photosynthèse est entre 0,5 % et 1 %. Ça peut monter à 4 % avec des plantes très sympathiques comme le miscanthus ou le maïs, qu’on appelle les monocotylédones, qui poussent vite, mais globalement, sinon c’est lent.

Ce qu’on essaye de faire avec la photosynthèse artificielle, c’est de reproduire la nature, mais en plus rapide et donc là de fabriquer de l’hydrogène directement avec ces rayons lumineux sans passer par l’intermédiaire du panneau photovoltaïque.

Erik Orsenna

En conclusion, ce qui me frappe c’est qu’on essaye de revenir à la nature, mais avec les contraintes humaines. La nature a ses rites, notamment les rythmes de la lenteur. Et nous, étant donné que nous sommes très nombreux, nous avons besoin d’accélérer. Alors la question se pose « Est-ce que ces solutions ne vont pas poser de nouveaux problèmes ? ». On joue non pas avec le feu, mais on joue avec la vie.

Merci, merci Elodie.  C’est tout à fait passionnant, vertigineux. Et quand je vois ma vie personnelle, où je n’ai fait que de l'économie et que j’ai attendu un âge très avancé pour m’occuper d’agronomie, je pense que, en grande partie, j’ai beau me soigner, mais j’ai raté mon existence. Merci chère Elodie de me l’avoir fait remarquer.

Bonne journée à vous. 

Elodie Le Cadre

Bonne journée.

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Elodie Le Cadre Loret est ingénieure agronome de formation, docteur en économie de l’énergie de l’IFPEN, l’INRAE et l’Université Nanterre Paris La Défense sur les conditions d’émergence de nouvelles filières bioénergies. 

Elle travaille depuis plus de 14 ans dans le domaine de l’industrie où elle a occupé différents postes complémentaires, de l’analyse de marché de la biomasse dans un fonds d’investissement à analyste du gaz et de l’électricité à la direction de la stratégie d’ENGIE, en passant par le centre de recherche d’ENGIE pour travailler sur l’économie de l’environnement et les technologies de production de biométhane.

Elodie a toujours gardé une passion pour la biomasse et l’environnement, et aime partager ses connaissances. Elle intervient dans différents Master à Paris et Lyon sur les bioénergies et publie chaque année le document « Emerging Sustainable Technologies ».