Sciences · Énergie et technologies
Le stockage de l’énergie
Stocker l’énergie permet de décaler production et consommation. Les stations de pompage (STEP) assurent l’essentiel du stockage d’électricité, devant les batteries ; l’hydrogène vise les longues durées.
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Le charbon, le pétrole et le gaz sont des stocks d’énergie naturels : on les brûle quand on en a besoin. L’électricité, elle, se conserve très mal. Avec l’essor de l’éolien et du solaire, qui produisent selon la météo, savoir stocker l’énergie devient un enjeu central de la transition énergétique. Il n’existe pas de solution unique : chaque technique répond à une durée et à un usage.
Les principales techniques
| Technique | Forme de stockage | Rendement aller-retour | Durée typique | Usage |
|---|---|---|---|---|
| STEP (pompage-turbinage) | énergie potentielle de l’eau | 70 à 80 % | heures à jours | équilibrage du réseau |
| batteries lithium-ion | énergie chimique | 85 à 95 % | minutes à quelques heures | réseau, véhicules, appareils |
| hydrogène | énergie chimique (gaz) | 25 à 40 % | semaines à saisons | stockage de longue durée, industrie |
| air comprimé (CAES) | pression dans une cavité souterraine | 40 à 70 % | heures | réseau, quelques sites au monde |
| volants d’inertie | énergie cinétique d’une masse en rotation | jusqu’à 90 % | secondes à minutes | stabilité du réseau, alimentation de secours |
| stockage thermique | chaleur (eau, sels fondus, roches) ou froid | variable | heures à saisons | réseaux de chaleur, centrales solaires, ballons d’eau chaude |
| supercondensateurs | énergie électrostatique | plus de 90 % | secondes | freinage des bus et tramways |
Le rendement aller-retour compare l’énergie restituée à celle qu’on a injectée. Les deux autres critères décisifs sont la puissance (la vitesse à laquelle on peut charger et décharger, en watts) et la capacité (la quantité stockée, en wattheures).
Les STEP, géants du stockage
Une station de transfert d’énergie par pompage relie deux bassins à des altitudes différentes. Quand l’électricité abonde et est bon marché, on pompe l’eau vers le bassin supérieur ; quand elle manque, on la laisse redescendre dans des turbines (voir hydroélectricité). Les STEP représentent encore la grande majorité de la capacité mondiale de stockage d’électricité. La France en compte six grandes, totalisant environ 5 GW, dont Grand’Maison (Isère).
Les batteries
Les batteries lithium-ion, dont le coût a chuté de près de 90 % depuis 2010, sont désormais installées en grands parcs connectés au réseau, notamment en Californie, en Australie, au Royaume-Uni et en Chine. Elles réagissent en une fraction de seconde, ce qui les rend précieuses pour stabiliser la fréquence, et elles déplacent la production solaire de midi vers le soir. Leur durée de décharge reste limitée, en général 1 à 4 heures.
Les véhicules électriques constituent un immense stock potentiel : la recharge pilotée, voire la restitution d’électricité au réseau (vehicle-to-grid), commence à être expérimentée.
L’hydrogène pour les longues durées
Produire de l'hydrogène par électrolyse lors des surplus d’électricité, le stocker dans des cavités salines, puis le reconvertir permet de stocker de très grandes quantités pendant des mois. Mais plus de la moitié de l’énergie est perdue dans la chaîne. Cette voie est surtout envisagée pour passer les périodes sans vent de l’hiver, quand d’autres solutions ne suffisent pas.
Le stockage de chaleur
Le stockage thermique est souvent le plus simple et le moins cher :
- le ballon d’eau chaude électrique, chauffé la nuit en heures creuses, est en France un stockage diffus massif ;
- les centrales solaires à concentration stockent la chaleur dans des sels fondus pour produire après le coucher du soleil ;
- des réseaux de chaleur stockent l’eau chaude dans de grandes cuves ou dans le sous-sol ;
- les « batteries de sable » ou de briques réfractaires stockent la chaleur à haute température pour l’industrie.
Questions fréquentes
Quelle est la meilleure façon de stocker l’électricité ?
Il n’y en a pas une seule : les STEP sont les plus utilisées et efficaces pour quelques heures à quelques jours, les batteries pour les réponses rapides et les durées courtes, l’hydrogène pour le stockage saisonnier.
Pourquoi ne stocke-t-on pas toute l’électricité dans des batteries ?
Parce que le coût et les matériaux nécessaires seraient énormes pour couvrir des semaines de consommation. Les batteries sont adaptées à des cycles quotidiens, pas au stockage de longue durée.
Une STEP produit-elle de l’énergie ?
Non, elle en consomme un peu plus qu’elle n’en restitue (rendement de 70 à 80 %). Son intérêt est de déplacer l’électricité dans le temps, des heures de surplus vers les heures de pointe.