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TECHNOLOGIE

Le stockage de l’électricité, un chantier prioritaire

ÉCONOMIE

Le stockage, nouvelle opportunité économique ?

SOCIÉTÉ

Un potentiel durable à confirmer Interviews de Stéphane Biscaglia, ingénieur expert au Service réseaux et énergies renouvelables (SRER) à l’Ademe, et de Guy Marlair, référent technique à la Direction des risques accidentels à l’Ineris

La plus grande batterie d’Europe. Installée depuis fin 2009 à Saint-André (La Réunion) pour le compte d’EDF, cette batterie géante fabriquée par l’entreprise japonaise NGK, d’une capacité de 1 MW, est sans équivalent en Europe. Elle stocke l’électricité d’origine éolienne et solaire afin de la redistribuer aux moments de pointe.

Tous les deux mois, ce cahier La Recherche vous permet de comprendre les défis technologiques, économiques et environnementaux des énergies.

chercheurs d’énergies

Le stockage de l’électricité 4.

Cahier spécial réalisé avec le soutien de la direction scientifique de


LE STOCKAGE DE L’ÉLECTRICITÉ TECHNOLOGIE

Le stockage de l’électricité, un chantier prioritaire Intégration des énergies renouvelables, besoins croissants de flexibilité, voiture électrique… Il est indispensable de développer rapidement des solutions de stockage de l’énergie électrique. Chaque usage pose des enjeux technologiques spécifiques.

L

a planète électricité est sous haute tension. Un défi, pour l’ensemble du réseau actuel, est de faire coïncider à tout moment l’offre et la demande. Or cet équilibre est aujourd’hui menacé par des besoins toujours croissants. Et la montée progressive des énergies renouvelables, pourtant souhaitable, n’est pas faite pour arranger les choses : l’éolien et le solaire, par nature sources imprévisibles et intermittentes, entraînent d’importantes fluctuations d’énergie, qui déstabilisent le réseau. De telles difficultés ne peuvent que s’accroître avec la pénétration des énergies vertes. Comment répondre à cette situation préoccupante ? En stockant les surplus d’électricité pour les restituer ultérieurement selon les besoins répondent les scientifiques. Longtemps resté marginal,

voire inexistant, pour des raisons de coût et de complexité, le stockage de l’énergie électrique devient donc stratégique. En 2011, le nombre de projets a été multiplié par dix dans le monde, grâce à un soutien public très important. Il faut dire que le temps presse. D’ici à 2050, la population mondiale comptera 9 milliards d’habitants et la consommation d’électricité pourrait doubler, selon les dernières estimations. De l’idée à la réalisation, toutefois, il y a du chemin à parcourir. Car si l’on stocke facilement le pétrole, le gaz ou le charbon, l’électricité, elle, ne se stocke pas directement. Il faut donc la convertir en d’autres formes d’énergies intermédiaires et stockables : mécanique, chimique ou thermique, essentiellement. Puis faire la transformation inverse afin d’utiliser cette énergie. De fait, le panel de tech-

CAES STOCKAGE GAZ COMPRIMÉ SO ST

SMES STOCKAGE INDUCTIF

VOLANTS D’INERTIE

SUPER CAPACITÉ

CAPACITÉS

CENTRALISÉE DÉCENTRALISÉE

STEP STOCKAGE HYDRAULIQUE

MOYENS DE STOCKAGE

TECHNOLOGIES DE STOCKAGE DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

BATTERIE ÉLECTROCHIMIQUE

DURÉE DE STOCKAGE

1 SECONDE

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1 HEURE

1 JOUR

1 MOIS

nologies étudiées est vaste. Certaines sont déjà déployées, d’autres sont au stade de recherche. « Mais aucune ne pourra s’imposer pour toutes les situations, indique Laurent Torcheux, chef de projet chez EDF R & D. Les besoins en puissance, en capacité, en densité, en réactivité, en rendement, de même que les coûts doivent être pris en compte pour identifier les solutions pertinentes pour un usage donné. » Des stockages à grande échelle On distingue ainsi les usages centralisés et massifs. L’objectif est d’autoriser des stockages à grande échelle et à des coûts relativement faibles, pour réduire les défaillances du réseau en y suppléant pendant un certain temps. On parle alors de lissage de pointes. Dans ce but, les fournisseurs d’électricité ont déjà recours au système de transfert d’énergie par pompage (STEP). Concrètement, de l’eau est pompée dans un bassin en amont aux heures creuses, puis relâchée, entraînant des turbines, pour produire de l’électricité. Un principe similaire à celui d’un barrage hydroélectrique. Cette solution est aujourd’hui très répandue. Les surplus des éoliennes d’Allemagne sont par exemple stockés dans des barrages en Norvège. Selon l’Electric Power Research Institute (USA), 129 GW seraient installés dans le monde, répartis sur environ 400 ouvrages qui couvrent plus de 99 % des capacités totales de stockage d’électricité aujourd’hui. Toutefois les perspectives d’évolution sont limitées : de telles centrales ne sont en effet rentables qu’en montagne. Dans son appel à manifestation d’intérêt lancé en 2011, l’Ademe (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) propose néanmoins d’explorer de nouvelles solutions en bordure de mer, pour stocker l’électricité produite par des éoliennes offshore, voire l’agrégation de plusieurs sites de capacité réduite dites micro-STEP. Autre voie de stockage massif, le stockage par air comprimé dans des cavités souterraines (CAES), adapté aux régions à fortes densités humaine et industrielle. Imaginée


dans les années 1970, son principe est analogue à celui d’une bouteille de gaz comprimé. On utilise le surplus d’électricité pour comprimer de l’air et l’injecter dans des réservoirs souterrains. En cas de besoin, l’air comprimé des cavernes est envoyé vers des turbines pour produire l’électricité. Seules deux installations existent aujourd’hui, en Allemagne et aux États-Unis. Cela s’explique par un faible rendement des compresseurs existants (environ 50 %), car la chaleur émise par l’air comprimé génère des pertes importantes. Mais des pistes d’innovation s’ouvrent, à

Des chercheurs réalisent des tests de vieillissement accéléré et de caractérisation de batteries au plomb. Celles-ci restent la solution utilisée de façon dominante dans les véhicules .

l’image du projet allemand Adele. En additionnant un circuit récupérant les calories de l’air comprimé pour alimenter une autre turbine, les scientifiques comptent atteindre un rendement de 70 %. Dotée d’une capacité de stockage de 360 MW, une première installation devrait être en mesure de restituer d’ici à 2013 une quantité d’électricité équivalente à 40 éoliennes ultramodernes. Dans la catégorie des puissances intermédiaires, on trouve les batteries, ou accumulateurs, capables de convertir de l’énergie chimique en énergie électrique. Plusieurs tech-

Une batterie liquide et économique Un nouveau type de batterie fait aujourd’hui l’objet de recherches au Massachusetts Institute of Technology (MIT). Elle pourrait permettre de diviser le coût du stockage par deux, comparé aux batteries lithium-ion et ainsi contribuer au déploiement de l’énergie solaire, soumise aux variations d’ensoleillement. Comment fonctionne cette batterie ? Contrairement à la plupart des accumulateurs actuels, les électrodes sont ici constituées de métaux fondus. Quant à l’électrolyte, il s’agit de sel fondu. Cet état liquide offre plusieurs avantages. Il évite notamment de recourir à des membranes séparatrices, très fragiles. En effet, les couches de métaux étant de densités différentes, elles ne se mélangent pas. La fabrication du dispositif en est donc simplifiée. Cette batterie permettra en outre d’atteindre de fortes capacités de stockage. « Enfin, cette technologie se veut fortement compétitive grâce au recours à des matériaux à bas coût », précise Sophie de Richecour, chef du département Prospective scientifique et technologique chez Total, partenaire du projet. Plusieurs types d’alliage sont aujourd’hui testés pour réduire notamment la température de fonctionnement. Le premier prototype, qui devrait voir le jour d’ici à un an, pourrait être composé d’antimoine, pour la couche supérieure, et de magnésium, pour la couche inférieure. Cette technologie offrant une grande flexibilité, plusieurs types d’application stationnai­re sont visés, de quelques kWh à plusieurs MWh.

Une alimentation sans coupure Les principaux avantages des batteries sont leur flexibilité de dimensionnement et leur réactivité, ce qui en fait des candidats de choix pour des applications décentralisées nécessitant une alimentation électrique sans coupure, comme les relais de télécommunications, les hôpitaux ou les phares maritimes, par exemple. « Cette voie s’adresse particulièrement aux sites isolés, comme les îles ou les régions difficilement accessibles », indique Laurent Torcheux. Une installation expérimentale développée par EDF en collaboration avec la société japonaise NGK, sans équivalent actuel en Europe, a ainsi été installée sur l’île de La Réunion. Elle recourt au sodium et au soufre, des matériaux largement disponibles et peu onéreux. Capable de restituer une puissance de 1 MW pendant sept heures, elle vise le soutien du réseau électrique qui doit intégrer davantage d’énergies solaire et éolienne. D’autres batteries de grande capacité sont également prévues d’ici à 2020, notamment au Japon et aux États-Unis. Les batteries sont également au premier rang d’une classe d’application majeure : les usages embarqués et mobiles. Contrairement aux usages massifs, cela nécessite des cycles de charge et décharge très rapides et nombreux, ainsi qu’une très forte densité d’énergie. Véritable star des laboratoires, la technologie lithium-ion, qui fonctionne sur le principe de l’échange réversible de l’ion lithium entre deux électrodes, s’est imposée dans l’électronique portable. Elle devrait en faire de même dans les transports. « Elle est celle qui présente le meilleur compromis entre durée de vie, puissance et densité énergétique », assure Thierry Koskas, directeur du programme Véhicules électriques chez Renault. Bien que de nombreux progrès aient été réalisés, ce sont encore aujourd’hui l’autonomie limitée fournie par ces batteries, environ 150 km, et leur coût, qui freinent le déploiement des voitures électriques. La vitesse de charge, comprise entre 30 minutes et 8 heures, est une autre problématique clé. L’avenir pourrait faire progresser les technologies existantes, en jouant sur les matériaux (céramiques, polymère…). Des travaux menés au CEALiten (Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux) s’intéressent par exemple aux électrodes à base de silicium nano-structuré, pour augmenter sensiblement l’autonomie des batteries sans conséquences sur le coût. D’autres recherches concernent le déve- >>>

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chercheurs d’énergies

nologies se côtoient (plomb-acide, nickel-cadmium, lithium-ion…).


LE STOCKAGE DE L’ÉLECTRICITÉ Une station de transfert d’énergie par pompage fonctionne en circuit fermé. Son principe repose sur une double retenue d’eau. L’eau du bassin supérieur est relâchée vers le bassin situé en aval lors de très fortes consommations. Ce qui a pour effet d’entraîner une turbine reliée à un alternateur qui produit de l’électricité. Cette énergie est transmise au réseau par l’intermédiaire d’un transformateur. La puissance de la centrale dépend donc de la hauteur de la chute d’eau et de son débit. Aux heures de faible consommation, l’eau est pompée vers la retenue située en amont. Le stock d’énergie potentielle est ainsi reconstitué. Avantage : cette technologie offre un bon rendement.

TECHNOLOGIE sous forme d’énergie cinétique. Pour utiliser l’énergie, on couple le volant au moteur, utilisé comme génératrice, entraînant un ralentissement du système. Autre solution de puissance, les supercondensateurs. Ces derniers se présentent sous la forme de cellules dans laquelle le stockage est de type électrostatique. On les utilise déjà pour recharger les tramways situés en station. Des recherches sont également menées sur les inductances supraconductrices. L’énergie est ici stockée via un courant électrique envoyé dans une bobine de fil supraconducteur. Problème, on ne sait pas encore fabriquer de tels systèmes utilisables pour des applications industrielles.

>>> loppement d’une électronique

de gestion pour accroître la durée de vie des batteries. Une piste encourageante à long terme pourrait provenir du système du lithium-air, qui suscite aujourd’hui l’engouement des fabricants d’automobiles. Ces accumulateurs utilisent comme électrode positive une électrode à air, capable de réduire l’oxygène, un composé inépuisable…. En théorie, cette solution pourrait fournir des densités d’énergie autorisant une autonomie de 500 km. « En pratique, la partie est loin d’être gagnée, précise Jean-Marie Tarascon, chercheur au laboratoire de Réactivité et chimie des solides à l’université de Picardie, animateur de la plate-forme nationale sur les batteries créée au printemps dernier, mais aussi l’un des scientifiques clé du réseau industriel et technologique européen Alistore. De nombreux verrous technologiques

restent à débloquer, le principal problème étant la formation d’ions superoxydes qui entraînent la décomposition de l’électrolyte. » Dans le meilleur des cas, l’aboutissement industriel n’interviendra donc pas avant au moins une ou deux décennies. Un dernier groupe d’applications concerne la qualité de puissance. Le but n’est pas d’obtenir une autonomie importante, mais de restituer très rapidement une grande quantité d’énergie afin de compenser les chutes ou hausses de tension du réseau. Dans ce but, le volant d’inertie est très adapté. Ce dispositif est constitué d’un cylindre placé en suspension magnétique et confiné sous vide. L’apport d’énergie électrique permet de faire tourner le cylindre à des vitesses très élevées. Une fois lancé, le volant continue à tourner même si aucun courant ne l’alimente : l’électricité est donc stockée

Le stockage sous forme de chaleur

M

êlant acteurs industriels (Poweo, Saipem) et centres de recherche (CEA, Onera, Cnam…), le projet Sether vise le développement d’un procédé de stockage innovant. L’idée est d’emmagasiner l’énergie électrique sous forme de chaleur dans des matériaux réfractaires, c’est-à-dire capables d’absorber de grandes quantités d’énergie aux températures extrêmes. « Contrairement aux solutions de stockage massif existantes, STEP et CAES, notre solution ne nécessite aucun site géologique spécifique, ni montagne ni cave souterraine, indique Damien Levecque, responsable du projet chez Poweo. Ce qui pourrait en faire une alternative très intéressante. » Concrètement, ce dispositif repose sur deux enceintes reliées entre elles par des turbomachines. En cours de stockage, l’électricité est utilisée pour entraîner une pompe à chaleur qui va transférer les calories de l’enceinte basse température à l’enceinte haute température via un gaz caloporteur circulant en circuit fermé. À mesure que le système se charge, les matériaux réfractaires chauffent ( 800 °C ), dans l’enceinte haute température, où le gaz est sous pression. Durant la phase de décharge, cette pression est libérée pour alimenter une turbine qui entraîne une génératrice renvoyant l’énergie dans le réseau. Des études récentes ont montré qu’un rendement global de 70 % était possible. Prochaine étape : la réalisation d’un démonstrateur pour vérifier sa faisabilité industrielle et économique.

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Les futurs réseaux intelligents « Dans tous les cas, ces procédés doivent être associés à des systèmes de gestion spécifiques, qui optimisent leur performance, indique Marion Perrin, chef du Laboratoire de stockage de l’électricité au CEA. Peu importe la technologie, si elle est mal utilisée. » C’est tout l’intérêt des smart grids. Ces futurs réseaux intelligents seront capables d’adapter en temps réel la production énergétique en fonction des besoins et disponibilités. Et ce, grâce à une kyrielle de capteurs numériques renseignant l’état du réseau à tout moment. Le stockage constituerait alors un moyen de combiner, de manière transparente pour l’utilisateur, production centralisée et décentralisée d’origine renouvelable notamment. Mais aussi de développer un réseau électrique puissant en vue de « mutualiser » les climats et les météos à l’échelle de continents. Dans ce but, les industriels français ont choisi d’unir leurs efforts au sein du club Stockage d’énergie piloté par l’ATEE (Association technique énergie environnement). « Le but est de rassembler l’ensemble des acteurs pour trouver des synergies et favoriser l’émergence de solutions concrètes, explique Jean-Paul Reich directeur scientifique à la direction Recherche et innovation de GDF-SUEZ, l’un des initiateurs du club. Parmi les défis à relever, celui de la programmation énergétique est primordial. » En parallèle, l’EASE, European Association for Storage of Energy, devrait voir rapidement le jour pour fédérer les actions menées en faveur du stockage de l’énergie. En attendant, un démonstrateur de smart grid, baptisé Premio et piloté par le pôle de compétitivité Capenergies, a vu le jour en 2010 en région Provence-Alpes-Côte-d’Azur. Concrètement, une centrale située à Lambesc se chargera de piloter plusieurs dispositifs pour analyser l’impact en termes de réduction des émissions de CO2 et de diminution des pointes de courant. 


Le stockage, nouvelle opportunité économique ? Porté par le développement des énergies intermittentes et des véhicules électriques, le marché du stockage d’électricité se développe. Mais cet essor reste conditionné par des coûts et une politique publique favorables. chef du groupe Batteries chez EDF R & D. Le système se rapprocherait ainsi de celui en vigueur en Allemagne où le principe d’un bonus à l’autoconsommation de l’énergie renouvelable produite par un particulier est promu. Un autre obstacle, pour le développement de tels marchés, est le prix du stockage. Les différents besoins et la diversité des technologies adaptées aboutissent à des coûts de l’électricité restituée très différents, plus ou moins acceptables selon les usages. Les STEP, par exemple, impliquent de grandes infrastructures, d’où des investissements très élevés qui s’amortissent au fil du temps. À l’inverse, les batteries électrochimiques sont bien moins gourmandes au départ, mais nécessitent d’être remplacées régulièrement,

ce qui peut devenir onéreux. Selon les experts du domaine, le coût des batteries lithiumion pourrait baisser de manière importante dans les prochaines années. D’autant plus qu’elles seront nombreuses à prendre la route. « Nous comptons mettre 1,5 million de véhicules électriques en circulation », assure Thierry Koskas, directeur du programme Véhicules électriques chez Renault. D’autres réductions sont attendues grâce à l’électronique nomade, téléphonie, ordinateurs et autres tablettes. « Entièrement passé au lithiumion, ce marché croît au rythme de 8-10 % par an », indique Anne de Guibert, directrice de la Recherche chez Saft. En apportant une plus grande visibilité sur le long terme, ces évolutions devraient aboutir à la création de nouveaux

OPPORTUNITÉ DE REVENUS GÉNÉRÉS PAR LES TECHNOLOGIES DE STOCKAGE D’ÉLECTRICITÉ SUR LE RÉSEAU MARCHÉ MONDIAL (2011-2021) ($ MILLIONS) 25 000 $ 20 000 $ 15 000 $

Batterie Li-Ion (lithium-ion) Batterie à circulation Batterie NaS (sodium-soufre) STEP CAES

Prévisions 2011

10 000 $ 5 000 $ 0$

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

Selon Pike Research, le marché des technologies de stockage d’électricité devrait connaître une forte croissance dans les années à venir.

(Source : Pike Research)

E

t si, loin d’être une contrainte technologique, le stockage d’électricité représentait une opportunité économique ? « Pour les industriels, collectivités et particuliers, cela pourrait permettre de générer des bénéfices ou réduire les coûts », indique Louis-Marie Jacquelin, consultant chez Enea Consulting. L’idée consiste à stocker l’électricité en période creuse, quand elle est moins chère, puis de la délivrer en heure de pointe. Une manière de tirer parti de la forte volatilité des prix, mais aussi de la limiter en compensant l’intermittence des énergies renouvelables. Dans les faits, le développement de cette filière reste soumise à la mise en place de politiques publiques incitatives. Certains États ont déjà modifié leur législation. En Californie par exemple, les projets d’énergies vertes intègrent obligatoirement un volet stockage. Cela vient en France, mais l’Hexagone manque de règles favorables. L’énergie stockée n’étant plus considérée comme renouvelable, elle ne bénéficie pas des mêmes avantages. Seule exception : les sites isolés. De plus, les autorités interdisent pour l’heure la revente d’électricité stockée. « Mais cela pourrait évoluer dans les prochaines années », indique Laurent Torcheux,

modèles économiques, estime l’Ademe dans sa feuille de route stratégique. « Au vu des coûts actuels, le stockage d’électricité ne se développera que s’il est associé à de nouveaux services énergétiques rémunérés », confirme Louis-Marie Jacquelin. À l’image de Power Beacon, aux États-Unis, qui propose non seulement de stocker l’électricité, mais aussi de réguler la fréquence à l’aide de volants d’inertie. « Une certaine rentabilité peut être rencontrée là où le réglage de fréquence est bien rétribué, comme c’est le cas dans l’État de New York », explique Laurent Torcheux. D’autres services sont envisagés : régulation de tension, réduction du contenu carbone de l’électricité, réduction des pertes en ligne… En attendant, les investissements en faveur du stockage se multiplient. Selon Enea Consulting, environ 80 GW supplémentaires de STEP seront construits d’ici à 2014 dans le monde. Le marché des batteries de grande capacité est aussi prometteur. Au Japon, 300 MW sont déjà installés. Sont aussi concernés les pays en développement, où l’absence de tels dispositifs freine depuis longtemps l’accès à l’énergie dans les régions isolées des réseaux, notamment en Afrique sub-saharienne. Quant au développement des véhicules électriques, il pourrait peser de manière significative sur l’économie du stockage. IDC Energy Insight prévoit pour les batteries lithium-ion un investissement de plus de 11 milliards de dollars sur trois ans.  

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chercheurs d’énergies

LE STOCKAGE DE L’ÉLECTRICITÉ ÉCONOMIE


Le stockage DE L’ÉLECTRICITÉ société

Un potentiel durable à confirmer Allié des énergies renouvelables, le stockage d’électricité veut voir son avenir en vert. Le pari n’est pas pour autant gagné. Un compromis entre performance, environnement et sécurité doit encore être trouvé. Le stockage d’électricité a-t-il un intérêt environnemental ? Stéphane Biscaglia : Oui, car c’est l’une des réponses à l’intégration des énergies renouvelables, aux côtés de la prévision de production et des systèmes de gestion de la demande. Cela s’explique simplement. Intermittentes et difficilement prévisibles, les énergies éolienne et solaire photovoltaïque introduites en masse déstabiliseraient le réseau, ce qui constitue un frein à leur développement. À titre d’exemple, il peut arriver que des éoliennes ou des champs de panneaux solaires doivent être déconnectés du réseau en période de faible consommation.

Stéphane Biscaglia

est ingénieur expert au Service réseaux et énergies renouvelables (SRER) à l’Ademe (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie).

Aussi, si l’on souhaite atteindre 20 % d’énergies vertes en 2020, tout en garantissant l’équilibre offre/ demande, il est essentiel de développer la capacité de stocker les surplus de production. De plus, ces efforts permettraient de s’affranchir de nombreuses centrales utilisant un combustible fossile. Car, pour compenser les variations brutales ou l’insuffisance de la production renouvelable lors de conditions météorologiques défavorables, on fait souvent appel à des centrales thermiques, fortement émettrices de dioxyde de carbone (CO2). Toutefois, attention aux raccourcis ! L’impact environnemental du stoc-

kage ne se mesure pas uniquement à l’énergie renouvelable qu’il permet de maîtriser. D’autres facteurs doivent être pris en considération. Quels sont-ils ? S. B. Rappelons tout d’abord que le rendement du stockage n’étant pas de 100 %, ce dernier ne génère pas intrinsèquement d’économies d’énergie, mais entraîne au contraire des pertes. L’efficacité des cycles de conversion est donc primordiale. De manière générale, tout bilan environnemental passe par une analyse du cycle de vie (ACV), depuis la construction du système, jusqu’à la gestion de sa fin de vie, en passant par son utilisation. On doit s’intéresser aux flux de matière et d’énergie nécessaires à la fabrication, au cycle d’exploitation et au recyclage. D’une technologie à une autre, l’importance relative des différents postes varie fortement. Dans le cas d’une station de transfert d’énergie par pompage (STEP) par exemple, le rendement est très bon, mais il faut compenser la dépense

« Si l’on souhaite atteindre 20 % d’énergies vertes en 2020, il est essentiel de stocker les surplus de production. Ces efforts permettraient de s’affranchir de nombreuses centrales utilisant un combustible fossile. » énergétique liée à la construction de l’ouvrage, la méthanisation de la matière organique noyée et l’impact sur l’écosystème local. De plus, le stockage de masse nécessite des sites spécifiques, dont l’éloignement par rapport aux centres de production et de consommation engendre des

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pertes dues au transport d’énergie électrique sur d’assez grandes distances. De leur côté, les batteries lithium-ion sont considérées parmi les plus écologiques, notamment parce que leur rendement et leur durée de vie sont élevés. Un bémol toutefois : leur électrolyte contient des solvants organiques polluants. Dans tous les cas, le mode de production de l’électricité reste le facteur environnemental majeur. Les batteries sont aussi de grandes consommatrices de ressources… S. B. En effet, les problématiques liées à l’exploitation des ressources minières, indispensables pour fabriquer des batteries, commencent déjà à soulever des polémiques, comme on a pu l’observer avec les décisions d’exploitation des salars boliviens pour le lithium, ou les conditions désastreuses d’extraction des terres rares en Chine. Autre grand débat : ces ressources serontelles suffisantes pour un marché de masse ? Par ailleurs, la recherche de matériaux de stockage toujours plus performants conduit à utiliser de nouveaux composés dont on ne connaît pas toujours bien tous les impacts. De fait, les diverses technologies de stockage actuellement développées font l’objet d’une évaluation précise de leurs impacts sanitaires et environnementaux afin de comprendre et maîtriser les risques liés à leur utilisation. Guy Marlair : La question des ressources est intimement liée à celle du recyclage, dont on envisage deux types : la valorisation énergétique

Guy Marlair

est référent technique à la Direction des risques accidentels à l’Ineris (Institut national de l’environnement industriel et des risques).

en brûlant les déchets, ou bien la réutilisation d’un maximum de composants préalablement démantelés. Pour l’heure, on ne sait pas recycler le lithium, mais au vu des enjeux économiques, les actions de R & D actuelles devraient bientôt aboutir. Un autre enjeu est celui de la sécurité des systèmes de stockage. Quels sont les risques ? S. B. Stocker de l’énergie consiste à la confiner dans un minimum de volume et de masse, ce qui tend généralement vers de l’instabilité. En outre, plus on descend dans l’échelle du stockage, du stationnaire massif au portable de petite puissance, plus les usages varient, et plus les aléas sont multiples. On a tous en mémoire des incidents survenus sur des téléphones portables ou des ordinateurs. Mais, à cause de la taille de la batterie et du nombre de véhicules, c’est la voiture électrique qui se trouve aujourd’hui au cœur de ces enjeux. G. M. Les regards se portent essentiellement sur la technologie lithium-ion, recouvrant en réalité plusieurs technologies, selon les matériaux utilisés. Parmi les effets possibles en cas d’accident ou de dysfonctionnement, on distingue ceux d’origine thermique (incendie, explosion), mécanique (projection de composants de la batterie) et chimique (émission de gaz nocifs). Par ailleurs, d’autres incidents potentiels sont liés aux usages. Les batteries étant soumises à des tensions élevées, le risque d’électrocution est à prendre en compte, notamment en cas d’intervention des pompiers. Quant aux installations électriques des particuliers qui choisiront de recharger leur voiture à domicile, elles devront être adaptées et contrôlées afin d’éviter tout risque d’échauffement excessif.

Quelles sont les solutions envisagées pour limiter ces risques ? G. M. Tout d’abord, rappelons que le véhicule thermique comporte lui aussi des risques, environ 30 000 incendies de véhicules étant constatés chaque année en France. Certes, le challenge que représente la maîtrise du risque des batteries lithium-ion pour l’électromobilité a sans doute été longtemps sous-estimé, mais de nombreux efforts de R & D sont maintenant réalisés. La sécurité repose sur une approche globale systémique, dans laquelle on prend en compte le choix des matériaux, en s’orientant vers les plus stables et robustes, et la mise en place de mesures de sécurité, reposant notamment sur le BMS (Battery Management System), une couche électronique dont le rôle est de maintenir le système dans un état stable. On étudie aussi l’apport de dispositifs complémentaires de sécurité tels que des systèmes de refroidissement. Enfin, l’évolution des réglementations internationales (ONU, Directive batteries, ...) devrait permettre d’homogénéiser les bonnes pratiques. Ces nouvelles solutions de stockage vont-elle modifier notre relation à l’énergie ? S. B. Sans doute. Nous allons évoluer vers un système où le consommateur peut aussi devenir producteur. Ainsi, la production d’énergie décentralisée devrait coexister avec la production à grande échelle. Ces évolutions ouvrent la porte à une restructuration du réseau sous forme d’entités énergétiques dotées d’un quasi-équilibre local. Résultat, nous serons localement plus autonomes, tout en restant reliés au grand réseau pour l’équilibre global.  PROPOS RECUEILLIS PAR Jérôme Viterbo

Ce cahier spécial a été réalisé avec le soutien de la direction scientifique de Comité éditorial : Jean-François Minster, Total - Olivier Appert, IFP Énergies nouvelles et ANCRE - François Moisan, ADEME - Bernard Salha, EDF - Bernard Tardieu, Académie des technologies - Marc Florette - GDF SUEZ - Jean-Michel Ghidaglia, « La Recherche ». Rédaction : Jérôme Viterbo Conception graphique et réalisation : A noir, Crédits photographiques : Jean-Luc Petit/Toma, P. Avavian/CEA, DR Retrouvez ce cahier spécial en français et en anglais sur le site

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chercheurs d’énergies

« La question des ressources est intimement liée à celle du recyclage, dont on envisage deux types : la valorisation énergétique en brûlant les déchets, ou bien la réutilisation d’un maximum de composants préalablement démantelés. » 


Le stockage de l’électricité