Comment stocker de l’énergie électrique ?

Ce sujet fait actuellement l’objet de nombreux travaux scientifiques. Pourquoi ? Parce que contrairement à d’autres énergies, l’électricité se stocke mal ou dans des quantités très limitées. Néanmoins, il existe aujourd’hui différents moyens de parvenir à stocker l’énergie électrique et l’utiliser ultérieurement. Pour être tout à fait précis, il ne s’agit pas de conserver l’électricité sous sa forme initiale, mais plutôt de convertir le courant électrique en une autre forme d’énergie que l’on parvient à stocker, pour ensuite recréer de l’électricité.

On doit également distinguer 2 manières de stocker et d’utiliser l’électricité conservée :

• le stockage stationnaire de l’électricité consiste simplement à en décaler son usage ;
• le stockage embarqué (ou portable) est quant à lui destiné aux applications mobiles (exemples : téléphone ou ordinateur portable, véhicule électrique…).

Oui, comme nous allons le voir dans cet article, les batteries ne sont pas les seuls moyens de conserver l’énergie électrique. Pour cela, il faut parvenir à transformer l’électricité en énergie mécanique. En effet, sous certaines conditions, cette dernière à la particularité de pouvoir se conserver.

Il existe donc différents moyens de stocker l’énergie électrique :

• le stockage mécanique ;
• le stockage chimique ;
• le stockage électrochimique.

Découvrez plus en détails ces 3 solutions pour conserver l’énergie électrique.

Le stockage mécanique de l’énergie électrique

Le stockage mécanique est donc le seul stockage qui ne nécessite pas de disposer d’une batterie ou d’une pile. Il implique de se servir de l’électricité pour permettre le déplacement d’un fluide, d’un gaz ou de masses solides favorisant le stockage de l’énergie. On parle alors d’une énergie cinétique ou potentielle.

Plusieurs formes de stockage mécaniques existent. Ici, nous allons évoquer :

• le stockage gravitaire de masse d’eau, permis par les stations de transfert d’énergie par pompage ;
• le stockage de l’énergie cinétique, rendu possible par le principe du volant d’inertie ;
• le stockage par air comprimé.

Les Stations de Transfert d’Énergie par Pompage (STEP)

Une station de transfert d’énergie par pompage est une installation hydraulique. Développé depuis les années 70, ce système permet de pomper l’eau et de profiter de sa chute pour produire de l’électricité. Installée entre deux retenues d’eau, situées à deux altitudes différentes, elle suit les étapes suivantes pour fonctionner.

1. Lorsque la consommation d’électricité est faible ou qu’un surplus d’énergie est disponible, la STEP pompe l’eau dans la retenue d’eau inférieure pour la transférer vers le bassin supérieur.
2. Quand survient un pic de consommation d’électricité, l’eau contenue dans la retenue d’eau supérieure chute vers le bassin inférieur, pour permettre un nouveau cycle.
3. Au cours de son transfert, l’eau fait tourner une turbine, grâce à sa force. C’est ainsi que l’électricité hydraulique est produite.

En France, on dispose de 6 installations de ce type à savoir: Grand Maison, Montezic, Super Bissorte, Revin, le Chelas, la Coche. La STEP a une place importante dans le mix électrique français, mais aussi dans le monde. On estime que 99 % du stockage stationnaire de l’énergie électrique est assuré par cette solution¹.

Les volants d’inertie

Le volant d’inertie est un principe très ancien, souvent utilisé pour des usages industriels. Il consiste à faire tourner une masse (un cylindre, un disque, un anneau ou un tube) sur un axe (généralement fixe), par le biais d’un moteur. Le système fait alors tourner la masse à une vitesse très élevée et emmagasine l’énergie. Lorsque le moteur transforme l’énergie électrique en énergie cinétique, il augmente davantage la vitesse de rotation de la masse et parvient à stocker plus d’énergie. Plus la vitesse de rotation est conséquente et plus l’énergie conservée est importante, d’autant plus que la masse parvient ensuite à continuer à tourner sans alimentation du moteur. C’est ensuite en freinant la masse que le générateur parvient alors à convertir l’énergie mécanique en électricité.

Le stockage par air comprimé

Comme son nom l’indique, le stockage par air comprimé implique de comprimer l’air, à très haute pression, pour parvenir à le stocker dans un réservoir, en sous-sol. La compression a lieu pendant les heures creuses de consommation ou lorsqu’un surplus d’électricité est disponible. Pendant les périodes de pointe, l’énergie stockée est extraite du réservoir et passe dans une turbine entraînant un alternateur qui permet de produire à nouveau une énergie électrique.

Le stockage chimique

Pour le mode stockage chimique, on parle en fait principalement du stockage par le biais de l’hydrogène. Ici, il s’agit de produire de l’électricité par électrolyse. Pendant les périodes de faible consommation d’électricité, un électrolyseur parvient à décomposer l’eau en oxygène et en hydrogène grâce à un courant électrique. Cet hydrogène peut ensuite être conservé sous différentes formes (comprimé, liquéfié…) avant de pouvoir être injecté, lorsque cela est nécessaire, au réseau d’électricité. Cela peut notamment se faire via une pile à combustible, un procédé de méthanisation ou une utilisation directe dans une centrale à gaz conçue spécialement pour cet usage.

Le stockage électrochimique

Le stockage électrochimique est en fait celui que l’on connaît le mieux, car nous l’utilisons au quotidien. Pourquoi ? Pour faire fonctionner nos téléphones et ordinateurs portables, nos vélos ou voitures électriques, ou pour conserver l’électricité produite par nos panneaux photovoltaïques. Vous l’avez sûrement deviné : cette solution repose essentiellement sur l’utilisation de batteries électrochimiques (lithium-ion, sodium-soufre…). Constituée de différents éléments chimiques, la batterie stocke l’énergie sous forme chimique avant de la restituer sous forme électrique. Ainsi, la batterie de nos équipements parvient à conserver une quantité d’énergie relativement réduite, mais très pratique pour nos usages quotidiens.

À l’heure actuelle, et d’autant plus avec la transition énergétique, le stockage de l’énergie représente un enjeu très important pour notre société. En effet, un stockage de l’énergie optimisé peut notamment permettre de :

• de restituer de l’électricité lorsque la production est plus faible ;
• de mieux équilibrer l’offre et de la demande en électricité ;
• d’améliorer la stabilité de notre réseau électrique national ;
• de rendre moins contraignante la production intermittente de certaines énergies renouvelables ;
• d’offrir une place centrale aux énergies renouvelables dans notre mix électrique ;
• de limiter les importations de sources fossiles pour la production d’électricité.

Production intermittente : qu’est-ce que c’est ?

La plupart des énergies renouvelables ont un inconvénient de poids : elles sont intermittentes. C’est-à-dire qu’elles ne sont pas disponibles tout le temps et que leur capacité de production varie en fonction de certains facteurs sur lesquels nous ne pouvons pas intervenir. Si on prend l’exemple de l’énergie solaire, cette dernière n’est accessible que pendant la journée. En fonction des conditions climatiques et des saisons, la production d’énergie solaire peut varier. Le stockage présente donc un intérêt et un objectif particulièrement importants lorsqu’il est question des énergies renouvelables.

Avec la crise énergétique actuelle, la hausse des prix de l’énergie, le développement de nouveaux modes de mobilité électrique et la progression des énergies renouvelables, le stockage de l’énergie devient un enjeu majeur. C’est pour cette raison que le stockage de l’énergie électrique fait l’objet de nombreuses recherches à l’heure actuelle. En France, l'ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) soutient la recherche et le développement de systèmes de stockage, notamment pour en abaisser les coûts. En parallèle des procédés technologiques, le développement des filières de stockage de l’énergie implique des recherches importantes, particulièrement sur la minimisation des impacts environnementaux. L’idée étant finalement d’envisager des alternatives performantes et durables.

D’un autre côté, il apparaît essentiel de préciser que les évolutions concernant la conservation de l’énergie ne doivent pas occulter une autre problématique importante : le besoin de réduire de notre consommation d’électricité. D’ailleurs, le président de la République a annoncé pendant l’été 2022 la mise en place d’un plan “sobriété énergétique”. L’objectif ? Réduire la consommation d’énergie de la France de 10 %, d’ici à l’horizon 2024, (par rapport à 2019). À l’heure où la sobriété énergétique est donc de mise, la diminution de notre consommation d’énergie ne s’oppose en rien à la nécessité de développer des systèmes de stockage d’énergie performants, bien au contraire. Elle doit cependant l’accompagner.

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