C’est un enjeu essentiel pour une transition énergétique réussie : comment conserver l’électricité pour équilibrer la production et la demande ? Les énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon) se conservent très bien, tant dans leurs réservoirs naturels que dans les espaces de stockage des infrastructures pétrolières et gazières. L’inverse n’est pas vrai : l’électricité, produite par les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire, est difficile à stocker à grande échelle et à des coûts acceptables. 

Comme le précise EDF, « l’électricité en tant que telle ne peut pas être stockée, en tout cas pas avec les technologies actuelles ». Or, la France, avec notamment l’essor des pompes à chaleur, des véhicules électriques ou encore la conversion de certains procédés industriels, doit faire face à un enjeu d’électrification massive des usages. Une électrification qui répond en premier lieu à l’impératif de décarbonation du pays afin que celui-ci puisse tenir ses objectifs climatiques. 

Assurer l’équilibre entre production et consommation

Comme la plupart des pays qui se sont engagés à baisser leurs émissions de gaz à effet de serre, la France a donc besoin de produire plus d’électricité. C’est la raison pour laquelle les gouvernements successifs ont acté le développement de nouvelles capacités renouvelables et la construction de nouvelles centrales nucléaires. L’énergie nucléaire étant pilotable, elle n’est pas concernée par un enjeu de stockage. 

L’enjeu de stockage se concentre sur la production d’électricité issue de moyens éolien et solaire, par définition intermittente puisqu’elle dépend des conditions météorologiques. Par voie de conséquence, plus on construit de capacités renouvelables de type éolien ou solaire, plus il faut augmenter les capacités de stockage de l’électricité. Comme l’explique EDF : « le stockage stationnaire* devient stratégique car il participe à assurer l’équilibre entre la production et la consommation de l’électricité. On stocke de l’énergie en période creuse ou de forte production, pour la restituer plus tard en cas de demande élevée ou de production plus faible »  

Si la production éolienne et solaire est intermittente, précisons pour commencer que ces fluctuations dans l’offre comme dans la demande sont pour la plupart prévisibles et peuvent être anticipées plusieurs jours à l’avance – on peut alors faire jouer le mix énergétique d’un territoire pour s’adapter. À l’échelle nationale, les sites de production sont d’ailleurs assez variés géographiquement pour bénéficier de conditions météorologiques complémentaires. Ainsi, quand le vent tombe sur une région de France, il y a fort à parier qu’une autre bénéficiera de vents ou d’un ensoleillement important. C’est ce que l’on appelle l’effet de foisonnement. Un phénomène qui permet de distribuer l’énergie équitablement sur tout le territoire national.

Des formes de stockage variées

L’électricité ne se stocke donc pas en tant que telle. Pour ce faire, il faut la transformer – ce qui peut provoquer des déperditions importantes. Pour qu’il puisse y avoir stockage de l’électricité, il faut en effet convertir le courant électrique en une autre forme d’énergie stockable. 

• La forme de stockage de grande ampleur la plus répandue est la station de transfert d’énergie par pompage (STEP). Il s’agit de stocker l’électricité via l’eau des lacs de barrage. Lorsque l’énergie est produite en surplus, elle est utilisée pour pomper l’eau en aval, la faire remonter et la conserver en amont. Lorsque la demande se fait plus importante, on peut relâcher une partie de l’eau conservée et utiliser son mouvement pour créer de l’électricité. La méthode est éprouvée et la déperdition est assez faible, même si l’évaporation pourrait s’intensifier en raison du changement climatique. Cependant, elle nécessite des infrastructures importantes dans des reliefs d’altitude, ce qui fait que la capacité à développer de nouvelles STEP en France est donc limitée.

• Autre technologie largement utilisée, le stockage par air comprimé. Il s’agit d’utiliser l’électricité produite en surplus pour comprimer l’air à très haute pression et la stocker dans un réservoir, par exemple une cavité souterraine. Lorsque la demande est forte, on peut libérer cet air dans une turbine pour créer de l’électricité. Cependant, le rendement est assez faible (de l’ordre de 40 à 50%) et les moyens de stockages par air comprimé actuellement utilisés doivent faire intervenir du gaz naturel – donc une énergie fossile – pour réchauffer l’air comprimé avant sa détente. D’autres formes de stockage à air comprimé sont en développement pour éviter les pertes thermiques et s’affranchir des énergies fossiles.

• Le stockage électrochimique par batteries s’est beaucoup développé ces dernières années, notamment via les batteries lithium-ion, qui servent à stocker l’électricité à usage domestique (véhicule électrique, stockage de l’énergie produite par les panneaux solaires installés sur une maison, etc.). Cette technique repose sur le déplacement des électrons et présente l’avantage d’un stockage très dense et d’un rendement élevé. Des fermes de batteries lithium-ion ont commencé à voir le jour pour un usage à plus grande échelle.  Néanmoins, leurs capacités de stockage restent limitées, tant en durée qu’en quantité, et ne suffisent pas à réguler un réseau entier.  

• Le stockage chimique par hydrogène. L’une des pistes les plus recherchées de ces dernières années. L’hydrogène est un gaz produit essentiellement par les énergies fossiles mais qui peut également être obtenu grâce à l’électricité via le processus de l’électrolyse. La transformation d’énergies renouvelables en hydrogène, qu’on appelle alors hydrogène vert, est pour le moment assez coûteuse. Elle pourrait néanmoins être un véritable atout dans la décarbonation du pays. L’Union européenne et la France misent d’ailleurs beaucoup dans le développement de cette filière. L’hydrogène souffre toutefois encore d’un inconvénient : ses faibles rendements, nettement inférieurs à ceux des STEP et des batteries. 

Stockage d’énergie par gravité, stockage de CO₂ comprimé, batteries à flux… chercheurs et ingénieurs rivalisent donc d’ingéniosité pour faire face à ce défi technologique. Et c’est tant mieux : en matière de stockage comme d’énergie, la clé, c’est de ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier. 

*Le terme “stockage stationnaire” désigne le stockage d’énergie (électricité, chauffage) destinée à des applications stationnaires, par opposition aux batteries liées à la mobilité.