De l’énergie en réserve

Pour comprendre comment fonctionnent les accumulateurs d’énergie, un petit détour par la physique s’impose. L’énergie est la capacité d’un système à fournir un travail. Selon la loi dite de conservation de l’énergie, elle ne peut qu’être transformée d’une forme en une autre. Au sens strict, on ne peut donc pas créer ou détruire de l’énergie; on peut seulement la transformer.

Comment stocker l’électricité?

Cette loi est particulièrement importante en ce qui concerne l’énergie électrique (électricité). En effet, il est impossible de la stocker dans une citerne comme du pétrole ou du gaz. Si l’on souhaite utiliser l’électricité excédentaire ultérieurement, il faut la transformer en une autre forme d’énergie. C’est surtout important pour les énergies renouvelables qui dépendent des conditions météorologiques, comme l’électricité solaire ou l’électricité éolienne.

Stockage d’électricité: de quoi s’agit-il?

L’objectif est de trouver des solutions de stockage pour la surcapacité produite en période de pointe. C’est l’un des plus grands défis de la transition énergétique. Il est nécessaire de disposer de modes de stockage d’électricité à court et à long terme. Les premiers permettent d’équilibrer les pics de production et de consommation au cours d’une même journée. Ainsi, l’électricité solaire produite pendant la journée peut être utilisée pendant la nuit. Les seconds sont des accumulateurs capables de stocker de l’électricité pendant plusieurs mois. C’est notamment le cas de l’électricité produite par une installation photovoltaïque en été. C’est un avantage en hiver, car la lumière du soleil se fait rare et les besoins sont importants.

Quels sont les différents types de stockage d’électricité et d’énergie?

Quelles sont les solutions actuelles en matière de stockage d’énergie? On peut les classer sommairement en trois catégories.

Stockage d’énergie chimique

Les solutions de stockage chimiques convertissent l’énergie électrique, c’est-à-dire l’électricité, en énergie chimique. Elles la stockent dans une source d’énergie. En cas de besoin, elles libèrent l’électricité au moyen d’une réaction chimique. C’est le principe des piles que nous utilisons à la maison. Les batteries, notamment celles que l’on trouve dans les bâtiments, fonctionnent également de cette manière. Pour convertir l’électricité en une autre forme d’énergie, le Power-to-X utilise lui aussi un processus chimique: l’électrolyse. L’électricité renouvelable permet ainsi de produire de l’hydrogène vert stockable.

Stockage d’énergie mécanique

Les accumulateurs d’énergie mécanique transforment l’énergie électrique excédentaire en énergie cinétique et en énergie potentielle. En Suisse, l’exemple le plus célèbre est celui des centrales de pompage-turbinage, c’est-à-dire des lacs de barrage. Par ailleurs, de nouvelles technologies exploitent également ce principe. On peut notamment citer les blocs de béton ou les réservoirs d’air comprimé (voir illustration).

Stockage d’énergie thermique

Contrairement aux technologies de stockage chimique et mécanique, les accumulateurs thermiques ne convertissent pas l’énergie électrique. Au lieu de cela, ils utilisent la capacité de l’eau ou des roches à stocker et à restituer de la chaleur. Le stockage de la chaleur dans le sol ou dans le béton est un exemple de stockage d’énergie thermique. Les sondes géothermiques ou l’utilisation de l’eau des lacs sont également basées sur ce principe.

Power-to-X (chimique)

Transforme l’électricité en d’autres formes d’énergie comme le gaz (Power-to-Gas), la chaleur (Power-to-Heat) ou le liquide (Power-to-Liquid). Cette transformation fonctionne à l’aide d’un processus électrochimique appelé électrolyse. Le projet «Underground Sun Conversion» utilise également l’électrolyse pour la conversion. Il stocke l’énergie excédentaire sous terre sous forme de gaz.

Centrale de pompage-turbinage (mécanique)

Elle utilise l’électricité excédentaire pour alimenter le lac de stockage à l’aide de pompes électriques. Ensuite, la centrale utilise l’énergie cinétique de l’eau pour produire de l’électricité au moment où elle est nécessaire. Des exemples suisses connus de centrales de pompage-turbinage sont Linth-Limmern, dans le canton de Glaris, ou Nant-de-Drance en Valais.

Blocs de béton (mécanique)

On utilise le surplus d’électricité pour soulever des blocs de béton et les empiler les uns sur les autres à l’aide d’une grue électrique. L’abaissement des blocs libère quant à lui de l’énergie cinétique. Fondée en 2017, la start-up tessinoise Energy Vault a mis en service un prototype pour cette technologie innovante à Castione.

Batterie (chimique)

Elle stocke l’énergie produite irrégulièrement par le soleil et le vent et compense ainsi les pics de charge. La batterie d’une voiture électrique peut également servir de batterie domestique (charge bidirectionnelle). Parmi les technologies innovantes, on peut citer les onduleurs de la start-up Stabl ou le système Iron-Redux-Flow de la start-up Voltstorage. Ils augmentent l’efficacité des batteries domestiques et les rendent financièrement plus intéressantes.

Accumulateur thermique en béton (thermique)

Il exploite les propriétés exceptionnelles du béton pour stocker la chaleur. Un projet pilote de l’Empa datant de 2015 n’a pas donné les résultats escomptés et a été interrompu en 2019. Pourtant, ce matériau de construction très apprécié offre un grand potentiel pour les futures technologies de stockage de la chaleur.

Accumulateur géothermique (thermique)

Il utilise les couches rocheuses ou les nappes phréatiques situées entre 20 et 100 mètres de profondeur comme moyen de stockage. L’eau chauffée est alors acheminée dans le sous-sol via des puits ou des sondes géothermiques. Pour récupérer la chaleur, on l’extrait à nouveau de l’eau ou de la roche avant de la faire remonter. Cette technologie est particulièrement adaptée à une utilisation dans des installations géothermiques proches de la surface.

Conclusion: le stockage de l’énergie et de l’électricité est la clé de la transition énergétique

La production d’électricité photovoltaïque ou éolienne dépend des conditions météorologiques. Cela crée un déséquilibre entre la production et la consommation, qui est exacerbé par le développement de ces technologies. Pour réussir la transition énergétique, il est nécessaire de disposer de moyens de stockage à court et à long terme. Ce n’est qu’ainsi que l’énergie issue de sources renouvelables pourra être disponible à tout moment.

Certaines technologies permettant de stocker l’énergie sont en place depuis longtemps. D’autres en sont encore au stade de la recherche ou au stade expérimental. Une chose est sûre: il n’y a pas de solution de stockage parfaite. Au contraire, toutes les possibilités doivent être exploitées. Energie 360° s’engage activement en faveur de projets innovants. L’entreprise soutient les start-up qui explorent de nouvelles voies pour stocker l’énergie.