La matière première est un phénomène naturel employé pour produire de l’énergie. Les principales sources d’énergie sont le gaz naturel, le pétrole, le charbon, qui constituent de l’énergie dite fossile, le vent, les rayons du soleil et les cours d’eau. L'énergie est invisible, mais les résultats de ses manifestations sont partout : la lumière, le vent, le mouvement, les vagues. Il existe différents types d’énergie et les moyens de stockage sont nombreux et divers.
Les différents types d’énergie
Les sources d’énergie sont divisées en trois catégories : les énergies fossiles comme le charbon, le gaz, le pétrole. Elles sont les plus polluantes et leurs ressources sont limitées. Ensuite les énergies renouvelables dont les ressources sont inépuisables et elles sont non polluantes. Il peut s’agir du vent, du soleil, de l’eau ou de la chaleur du sol.
Et enfin, l’énergie nucléaire qui n’est pas tout à fait renouvelable ni tout à fait fossile. Ses ressources sont limitées. Comme les énergies renouvelables, elle n’est pas polluante et rejette très peu de gaz à effet de serre.
Peut-on stocker de l’énergie ?
Les entreprises et les particuliers peuvent stocker de l’énergie pour des raisons d’ordre économique. Cependant, beaucoup de particuliers veulent produire leur propre énergie comme l’électricité et font l’acquisition d’un capteur photovoltaïque ou d’autres systèmes. Quant aux entreprises, elles font un gros investissement dans la production de leur énergie. Le rendement de l’énergie est lié aux conditions météorologiques.
Les panneaux solaires sont le dispositif de production d’énergie le plus utilisé. Ce dispositif produit plus d’électricité pendant la journée ; or la consommation énergétique est excessive le matin et le soir c’est-à-dire au moment où la production est la plus basse. Avec l’utilisation d’une batterie, le stockage de l’excédent de l’énergie produite par les panneaux solaires est possible. Vous pouvez l’utiliser lorsque vos panneaux solaires ne produisent plus suffisamment d’énergie.
Autres moyens de stocker de l’énergie
Outre la batterie domestique, il existe d’autres moyens de stockage de l’électricité. Le système de stockage d’énergie par pompage couplé à un barrage. L’eau du bassin qui se situe en bas est pompée vers le réservoir supérieur pendant les heures creuses. Et pendant les heures pleines, l’eau du bassin supérieur est vidée et l’eau alimente les turbines pour produire de l’électricité.
On peut aussi stocker de l’énergie par air comprimé. Pendant les heures de pointe de consommation, on libère l’air comprimé pour faire tourner les turbines et produire de l’électricité. Ce processus est utilisé uniquement à grande échelle.
Le stockage de l'énergie est un enjeu majeur pour la transition énergétique. Il permet de conserver l'énergie produite pour une utilisation ultérieure, notamment face à la variabilité des énergies renouvelables. Cet article examine les technologies existantes et les défis à relever pour développer le stockage en France.
Le principe du stockage de l'énergie
Le stockage de l'énergie représente un enjeu majeur pour la transition énergétique et le développement des énergies renouvelables. Il permet de conserver l'énergie produite en excès pour l'utiliser ultérieurement, assurant ainsi un meilleur équilibre entre l'offre et la demande d'électricité. Ce principe s'avère particulièrement important dans le contexte des énergies intermittentes comme le solaire et l'éolien.
Principe fondamental du stockage énergétique
Le stockage de l'énergie consiste à convertir l'électricité produite en une autre forme d'énergie pouvant être conservée, puis reconvertie en électricité lorsque nécessaire. Cette conversion peut se faire sous différentes formes :
- Énergie mécanique (potentielle ou cinétique)
- Énergie chimique
- Énergie thermique
- Énergie électromagnétique
Chaque méthode de stockage utilise un processus spécifique pour transformer l'électricité en une forme d'énergie stockable, puis la restituer sous forme électrique. Par exemple, les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) convertissent l'électricité en énergie potentielle gravitaire en pompant de l'eau dans un réservoir en hauteur.
Enjeux liés à la variabilité des énergies renouvelables
La production d'énergie solaire et éolienne est intrinsèquement variable, dépendant des conditions météorologiques. Cette intermittence pose des défis pour l'intégration de ces sources dans le réseau électrique :
- Fluctuations de la production ne correspondant pas toujours à la demande
- Risques de surproduction ou de sous-production
- Nécessité de systèmes de stockage pour lisser la production
Le stockage permet de pallier ces problèmes en absorbant les surplus d'énergie lors des pics de production et en restituant cette énergie lors des creux. Cela contribue à stabiliser le réseau et à optimiser l'utilisation des infrastructures de production renouvelable.
Méthodes de conversion et exemples de stockage
Stockage par pompage-turbinage (STEP)
Les STEP utilisent deux réservoirs d'eau à des altitudes différentes. L'excédent d'électricité sert à pomper l'eau du réservoir inférieur vers le supérieur. Lors des pics de demande, l'eau est relâchée pour actionner des turbines et produire de l'électricité. En France, les STEP représentent environ 5 GW de puissance installée.
Batteries électrochimiques
Les batteries stockent l'énergie sous forme chimique. Elles sont particulièrement adaptées pour le stockage à court terme et les applications décentralisées. Les technologies lithium-ion dominent actuellement le marché, avec des capacités allant de quelques kWh pour les systèmes résidentiels à plusieurs centaines de MWh pour les installations à grande échelle.
Stockage thermique
Cette méthode consiste à stocker la chaleur dans des matériaux à forte capacité calorifique (eau, sels fondus, etc.). L'énergie est ensuite restituée sous forme de chaleur ou reconvertie en électricité. Les centrales solaires thermodynamiques utilisent ce principe pour produire de l'électricité même en l'absence de soleil.
Le stockage de l'énergie joue un rôle crucial dans la transition vers un mix énergétique plus durable. Il permet d'optimiser l'utilisation des énergies renouvelables, de réduire les pertes et d'assurer la stabilité du réseau électrique. Les technologies de stockage continuent d'évoluer, offrant des solutions de plus en plus performantes pour répondre aux défis de l'intermittence des énergies renouvelables.
Les différentes technologies de stockage
Le stockage de l'énergie représente un défi technologique majeur pour accompagner le développement des énergies renouvelables intermittentes comme le solaire et l'éolien. Différentes solutions existent aujourd'hui, avec des niveaux de maturité variables. Examinons les principales technologies de stockage, leurs caractéristiques et leur potentiel pour répondre aux besoins du réseau électrique français.
Les batteries électrochimiques
Les batteries lithium-ion dominent actuellement le marché du stockage stationnaire. Leur densité énergétique élevée et leur rendement de l'ordre de 90% en font une solution attractive, notamment pour le stockage de courte durée (quelques heures à quelques jours). En France, la capacité installée de batteries lithium-ion a atteint 253 MW fin 2023, soit une progression de 40% en un an. Les coûts ont baissé de 89% entre 2010 et 2023, atteignant 151 €/kWh en moyenne.
D'autres technologies de batteries émergent également :
- Batteries sodium-soufre : adaptées au stockage de longue durée (6-8h), avec un coût estimé à 300-500 €/kWh
- Batteries à flux : permettent de découpler puissance et capacité, avec un coût de 250-400 €/kWh
- Batteries sodium-ion : alternative prometteuse sans lithium ni cobalt, en cours de développement
Le stockage par pompage hydraulique (STEP)
Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) représentent actuellement 95% des capacités de stockage d'électricité dans le monde. En France, les 6 STEP totalisent une puissance de 5 GW, soit environ 5% de la capacité de production électrique nationale. Leur rendement atteint 70-80%, pour un coût d'investissement de 500-2000 €/kW. Les STEP offrent une grande capacité de stockage (plusieurs GWh) sur de longues durées, mais leur développement est limité par les contraintes géographiques.
Le stockage par air comprimé (CAES)
Cette technologie consiste à comprimer de l'air dans des cavités souterraines en période de surplus électrique, puis à le turbiner en période de forte demande. Le rendement des installations actuelles est d'environ 50%, mais de nouvelles configurations adiabatiques pourraient atteindre 70%. En France, un projet de CAES de 560 MW est à l'étude dans les Hauts-de-France, pour un coût estimé entre 700 et 1300 €/kW.
Le stockage par hydrogène
L'hydrogène produit par électrolyse permet de stocker de grandes quantités d'énergie sur de longues durées. Le rendement global de la chaîne (électrolyse, stockage, pile à combustible) est actuellement de 30-40%, mais pourrait atteindre 50% à l'horizon 2030. Les coûts restent élevés : 1000-2000 €/kW pour l'électrolyseur, 500-1000 €/kW pour la pile à combustible. La France vise 6,5 GW d'électrolyseurs installés d'ici 2030, dans le cadre de sa stratégie nationale pour l'hydrogène décarboné.
Tableau comparatif des technologies de stockage
| Technologie |
Rendement |
Coût (€/kW) |
Durée de stockage |
| Batteries Li-ion |
90% |
300-600 |
Quelques heures |
| STEP |
75% |
500-2000 |
Plusieurs jours |
| CAES |
50-70% |
700-1300 |
Quelques heures |
| Hydrogène |
30-40% |
1500-3000 |
Saisonnier |
Chaque technologie présente des avantages et des inconvénients en termes de coût, de rendement, de durée de stockage et de maturité. Le mix optimal dépendra des besoins spécifiques du réseau électrique français et de l'évolution du parc de production renouvelable. Les efforts de recherche et développement se poursuivent pour améliorer les performances et réduire les coûts de ces différentes solutions de stockage.
Le rôle du stockage dans la transition énergétique
Le stockage de l'énergie représente un enjeu central pour la transition énergétique en France. Face aux objectifs ambitieux de réduction des émissions de gaz à effet de serre et d'augmentation de la part des énergies renouvelables dans le mix électrique, le développement des capacités de stockage devient indispensable pour assurer la stabilité et la fiabilité du réseau électrique.
Les objectifs de la transition énergétique française
La France s'est fixé des objectifs ambitieux en matière de transition énergétique, notamment dans le cadre de la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE) 2019-2028. Parmi ces objectifs figurent :
- La réduction de 40% des émissions de gaz à effet de serre d'ici 2030 par rapport à 1990
- L'augmentation de la part des énergies renouvelables à 33% de la consommation finale brute d'énergie en 2030
- La réduction de la consommation d'énergies fossiles de 40% d'ici 2030 par rapport à 2012
Pour atteindre ces objectifs, le gouvernement français a mis en place diverses politiques et mesures, dont le développement des capacités de stockage d'énergie fait partie intégrante.
L'importance du stockage pour l'intégration des énergies renouvelables
Le stockage de l'énergie joue un rôle crucial dans l'intégration des énergies renouvelables au réseau électrique. Les sources d'énergie renouvelable comme le solaire et l'éolien sont intermittentes par nature, ce qui peut poser des problèmes de stabilité pour le réseau. Le stockage permet de pallier cette intermittence en conservant l'énergie produite en excès pour la restituer lorsque la production est insuffisante.
Selon les prévisions de RTE (Réseau de Transport d'Électricité), la part des énergies renouvelables dans le mix électrique français devrait atteindre 40% d'ici 2030. Cette augmentation significative nécessite un développement parallèle des capacités de stockage pour assurer l'équilibre du réseau.
Les différents types de stockage et leur rôle dans la transition énergétique
Plusieurs technologies de stockage sont appelées à jouer un rôle important dans la transition énergétique française :
- Les batteries lithium-ion pour le stockage à court terme et la régulation de fréquence
- Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) pour le stockage à moyen terme
- L'hydrogène pour le stockage intersaisonnier et la décarbonation de l'industrie
Investissements et prévisions pour le marché du stockage d'énergie
Le marché du stockage d'énergie en France connaît une croissance rapide. Selon une étude de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie), les investissements dans le stockage d'énergie en France devraient atteindre 8 milliards d'euros d'ici 2028.
Le tableau suivant présente les prévisions de capacités de stockage installées en France à l'horizon 2028 :
| Type de stockage |
Capacité installée en 2020 (MW) |
Capacité prévue en 2028 (MW) |
| Batteries |
71 |
1 000 - 2 000 |
| STEP |
5 000 |
6 200 - 7 200 |
| Hydrogène |
Négligeable |
1 000 - 2 000 |
Le rôle du stockage dans la sécurité d'approvisionnement
Au-delà de l'intégration des énergies renouvelables, le stockage de l'énergie contribue également à renforcer la sécurité d'approvisionnement électrique de la France. En période de forte demande ou en cas d'incident sur le réseau, les capacités de stockage peuvent être mobilisées rapidement pour éviter les coupures d'électricité.
La Commission de Régulation de l'Énergie (CRE) a d'ailleurs souligné l'importance du stockage dans son rapport sur la sécurité d'approvisionnement pour l'hiver 2023-2024, recommandant le développement accéléré des capacités de stockage pour faire face aux pics de consommation.
Le stockage comme vecteur de flexibilité pour le réseau électrique
Le stockage d'énergie offre une flexibilité accrue au réseau électrique, permettant une meilleure gestion de la demande et une optimisation des infrastructures existantes. Cette flexibilité se traduit par :
- Une réduction des coûts de renforcement du réseau
- Une diminution des pertes en ligne
- Une amélioration de la qualité de l'électricité fournie aux consommateurs
Le stockage de l'énergie s'impose comme un élément incontournable de la transition énergétique française. Son développement, soutenu par des politiques publiques ambitieuses et des investissements conséquents, contribuera à atteindre les objectifs de décarbonation du mix électrique tout en garantissant la stabilité et la sécurité du réseau.
Les défis du stockage d'énergie
Le stockage de l'énergie représente un défi majeur pour la transition énergétique en France. Malgré les progrès réalisés, de nombreux obstacles persistent et freinent le déploiement à grande échelle des technologies de stockage. Ce chapitre examine les principaux défis techniques, économiques et réglementaires auxquels fait face le secteur, ainsi que les pistes de recherche pour les surmonter.
Défis techniques du stockage d'énergie
Les technologies de stockage actuelles présentent encore des limitations importantes en termes de capacité, de durée et d'efficacité. Les batteries lithium-ion, par exemple, ont une densité énergétique limitée et une durée de vie relativement courte. Le stockage par air comprimé ou par pompage-turbinage hydraulique nécessite des sites géographiques adaptés. Le power-to-gas présente un rendement faible, de l'ordre de 30 à 40%.
Un défi majeur concerne l'intégration des systèmes de stockage au réseau électrique. Cela requiert des technologies de conversion et de contrôle avancées, ainsi qu'une gestion intelligente pour optimiser les flux d'énergie. La fiabilité et la sécurité des installations de stockage doivent également être garanties sur le long terme.
Problématiques de recyclage
La recyclabilité des technologies de stockage, en particulier des batteries, pose un défi environnemental croissant. En 2023, seulement 5% des batteries lithium-ion étaient recyclées en France. Les procédés de recyclage actuels sont énergivores et ne permettent de récupérer qu'une partie des matériaux. Des recherches sont menées pour développer de nouvelles méthodes plus efficaces, comme l'hydrométallurgie qui permettrait de récupérer jusqu'à 95% des métaux.
Obstacles économiques au déploiement du stockage
Le coût élevé des technologies de stockage reste un frein majeur à leur adoption massive. En 2024, le coût moyen des batteries lithium-ion s'élève à environ 150 €/kWh, bien qu'en baisse constante. Les investissements nécessaires pour déployer des capacités de stockage à grande échelle se chiffrent en milliards d'euros :
| Technologie |
Coût d'investissement (€/kW) |
| Batteries lithium-ion |
400 - 800 |
| Stockage par air comprimé |
700 - 1300 |
| Pompage-turbinage hydraulique |
1000 - 2000 |
La rentabilité des projets de stockage reste incertaine, en raison de la volatilité des prix de l'électricité et du manque de valorisation des services rendus au réseau. Des mécanismes de soutien et une évolution du cadre de marché sont nécessaires pour favoriser les investissements.
Enjeux réglementaires et administratifs
Le cadre réglementaire actuel n'est pas toujours adapté aux spécificités du stockage d'énergie. Les procédures d'autorisation pour les installations de stockage sont souvent longues et complexes. La définition du statut juridique du stockage, à mi-chemin entre production et consommation, reste floue.
Des évolutions réglementaires sont en cours pour faciliter l'intégration du stockage au réseau électrique. La Commission de régulation de l'énergie (CRE) a lancé en 2023 une consultation sur l'évolution du cadre applicable au stockage. Des expérimentations sont menées pour tester de nouveaux modèles d'affaires et services associés au stockage.
Recherche et innovation pour surmonter les défis
Face à ces défis, la recherche dans le domaine du stockage d'énergie s'intensifie en France. Les axes prioritaires incluent :
- Le développement de nouvelles technologies de batteries (sodium-ion, tout-solide, etc.)
- L'amélioration des procédés de stockage thermique et chimique
- L'optimisation des systèmes de gestion et de contrôle du stockage
- La conception de matériaux plus durables et recyclables
Le Programme d'investissements d'avenir (PIA4) prévoit 500 millions d'euros de financement pour la R&D sur le stockage d'énergie sur la période 2021-2025. Des projets collaboratifs associant laboratoires publics et industriels se multiplient, comme le projet ALBATROS visant à développer une filière française de batteries sodium-ion.
L'innovation porte également sur les modèles d'affaires et les services innovants liés au stockage. Des expérimentations sont menées sur l'agrégation de capacités de stockage distribuées ou la fourniture de services système au réseau électrique.