L’évolution vers des systèmes électriques plus intelligents, ou smart grids, constitue l’un des pivots de la transition vers une économie énergétique décarbonée en Europe. Les enjeux majeurs sont techniques, économiques et réglementaires et sont, au-delà de l’intégration des énergies renouvelables et des nouveaux usages, aussi liés à la gestion des informations pour les différents utilisateurs du réseau et à la nécessité de maîtriser les coûts.

Les travaux de la R&D se déclinent en 3 grands axes :

• le premier axe vise à anticiper les impacts des transitions énergétiques et de l’émergence de systèmes énergétiques décentralisés sur le développement et la gestion des systèmes électriques ;
• le deuxième axe vise à améliorer la performance des réseaux électriques ;
• le troisième axe vise à gérer la mutation du système électrique vers les smart grids par l’intégration des énergies renouvelables variables et des nouvelles ressources distribuées comme le stockage et les infrastructures de recharges de véhicules électriques.

1.6.1.2 La transition climatique

Dans le domaine de la production centralisée, nucléaire, hydraulique et thermique, la R&D d’EDF développe des outils et méthodes pour améliorer la sûreté des moyens de production, optimiser leur durée de fonctionnement et accroître leurs performances de production et environnementales. Trois objectifs majeurs sont prioritaires : pérenniser l’atout nucléaire du Groupe, développer les énergies renouvelables en réduisant leurs coûts et en accroissant leur insertion dans les systèmes électriques et améliorer l’acceptabilité environnementale de nos ouvrages de production.

1) Conforter et pérenniser l’avantage nucléaire du Groupe

a. S’agissant d’EDF

La R&D travaille à protéger le patrimoine d’EDF en inscrivant ses actions dans le cadre de la démarche d’amélioration de la sûreté des installations, en cherchant à développer ses performances et étendre sa durée de fonctionnement.

Plus globalement, le groupe EDF (EDF et Framatome) est associé au CEA dans l’Institut Tripartite pour mener des actions de R&D. Dans ce cadre, les 3 partenaire sont lancé en 2017 la démarche « Initiatives pour l’Usine Nucléaire du Futur » structurée en briques technologiques qui servent à la fois le Parc en exploitation et le Nouveau Nucléaire. Plusieurs briques technologiques visent à acquérir et capitaliser la connaissance des mécanismes de vieillissement des composants ayant un impact sur la durée de fonctionnement des tranches nucléaires du groupe EDF.

Pour soutenir ces programmes, la R&D développe des outils de simulation numériques et des moyens d’essais expérimentaux, ainsi que les outils capables de gérer les nouveaux défis posés par la croissance des masses de données numériques, la sécurité informatique et les nouvelles technologies de l’information et de la communication. EDF a lancé en 2017 ConnexLab à Saclay pour tester de nouveaux concepts d’exploitation et de maintenance. ConnexLab s’inscrit dans la démarche de transition numérique pour la Filière Nucléaire en associant EDF et sa filiale Framatome, le CEA, des Équipementiers, des Entreprises de maintenance et des Fournisseurs de modèles numériques.

Par ailleurs, la R&D contribue à l’avant-projet sommaire du réacteur SMR (Small Modular Reactor) appelé Nuward.

b. S’agissant de Framatome

Pour ce qui concerne l’activité de Chaudiériste nucléaire, les développements R&D chez Framatome ont notamment porté en 2019 sur :

• la mise à niveau des logiciels et méthodes de justification des réacteurs, utilisés pour établir les rapports de sûreté, en cohérence avec les évolutions de l’état de l’art international et les dernières demandes des Autorités de sûreté. On y trouve par exemple les calculs neutroniques de puissance des cœurs, et les analyses de comportement thermohydraulique en cas d’accidents (par exemple la perte de réfrigérant). Les faits marquants de l’année 2019 ont notamment été les progrès sur la validation par les équipes Framatome du nouveau logiciel de thermohydraulique accidentelle CATHARE 3, ainsi que l’atteinte de nouveaux jalons par le projet de chaîne de simulation neutronique avancée (« ODYSSÉE »), mené en partenariat avec EDF (livraison du code de thermohydraulique cœur, première version du code de couplage multiphysique). Cette chaîne, plus précise et plus productive, sera opérationnelle en 2022 pour la réalisation des études en support au dossier de sûreté EPR2 puis aux réévaluations de sûreté décennales du parc français. À signaler également des avancées significatives sur les méthodes de calcul thermohydrauliques par CFD (Computational Fluid Dynamics) notamment dans le domaine des études diphasiques (modélisation des phénomènes de trempe, flux critiques…) ou aérauliques (ambiance thermique, incendie…), en utilisant des solutions d’accélération des calculs (utilisation de méta modèles) ;
• le développement et l’amélioration continue des composants des réacteurs : cuve, structures internes, générateurs de vapeur, pompes primaires. Les progrès de cette R&D concernent la prise en compte des nouvelles exigences de la réglementation, et la capacité à justifier le comportement des équipements au-delà de leur durée de vie nominale (jusqu’à 60 ans). On note par exemple le développement de méthodes avancées de justification en mécanique de la rupture. Le soutien aux usines pour la conception des forgés de nouvelle technologie nécessaires aux fabrications de l’EPR2 a également commencé à donner des résultats concrets ;
• les gains en productivité des études d’ingénierie, par l’optimisation des processus d’études, ou de certains services ou équipements, et l’utilisation de techniques digitales avancées (déploiement de l’utilisation de la réalité virtuelle, utilisation de méta-modèles ou de méthodes d’apprentissage…) ;
• une contribution aux activités de développement de modèles avancés ;
• l’optimisation de la maintenance des centrales.

2) Appui au développement des énergies renouvelables

La deuxième priorité est celle de l’appui au développement des énergies renouvelables en France et à l’international. Celles-ci jouent un rôle grandissant dans le paysage énergétique européen et mondial, on le constate notamment par les principaux programmes de la R&D de Dalkia qui portent sur le développement de la part énergies renouvelables et de récupération dans le mix énergétique, en particulier dans les réseaux de chaleur. Des études d’opportunité sont en cours sur le développement des machines à absorption, le solaire thermique, les offres utilisant du gaz renouvelable. Les travaux engagés en 2018 sur les pompes à chaleur haute température avec la R&D d’EDF se poursuivent ainsi que ceux sur la récupération de chaleur dans des data centers décentralisés implantés chez nos clients.

S’agissant des énergies renouvelables, du stockage et de l’hydrogène, la R&D a pour objectif d’identifier les ruptures technologiques à forts enjeux compétitifs et contribuer à faire émerger industriellement les technologies les plus prometteuses, en partenariat avec le monde académique, industriel et les start-ups. Les énergies renouvelables et les solutions de stockage étudiées par EDF sont multiples : hydraulique, photovoltaïque, éolien terrestre et en mer, solaire thermodynamique, biomasse, énergies de la mer, géothermie, batteries électrochimiques volants d’inerties, batteries à flux, super capacités, électrolyseurs, piles à combustibles (hydrogène), stockage thermique de chaleur et de froid.

À titre d’exemple, dans le domaine du solaire photovoltaïque, EDF Renouvelables a lancé des centrales innovantes qui sont en cours de prototypage expérimental, comme l’agri-photovoltaïque, le photovoltaïque flottant ou les centrales photovoltaïques bifaciales. Des outils de dimensionnement et de calcul des productibles photovoltaïques spécifiques sont en général développés en parallèle. Par ailleurs, des expérimentations en laboratoires permettent d’appréhender les modes de défaillance et les modes de dégradation des modules photovoltaïques, dont les technologies évoluent régulièrement.

La R&D travaille également au développement des outils et méthodes pour renforcer les performances d’exploitation et optimiser les coûts des projets de systèmes de production d’électricité à base d’énergies renouvelables et de stockage du groupe EDF.