Le pompage hydraulique, la clé pour stocker les énergies vertes ?

La station de transfert d’énergie par pompage (STEP) repose sur la technique du pompage-turbinage, une technologie connue depuis la fin du XIX^e siècle. Ce système de stockage mécanique d’électricité est installé sur un cours d’eau, comme n’importe quel type de centrale hydro-électrique. À la différence près qu’il s’agit ici d’une centrale hydraulique réversible, c’est-à-dire qu’elle peut fonctionner indifféremment en mode moteur (pour pomper) ou en mode alternateur (pour produire).

Une technologie mature, simple et durable

Concrètement, comment cela fonctionne ? La STEP se compose de deux retenues d’eau situées à des hauteurs différentes : un bassin inférieur et un bassin supérieur. Lorsque l’électricité est produite en excès pendant les heures creuses ou lors des pics de production, une pompe puise l’eau dans le bassin inférieur et l’achemine vers le bassin supérieur. Aux heures de très forte consommation sur le réseau, l’eau du bassin supérieur est relâchée vers le bassin inférieur. Le courant, entraîné par la pesanteur, alimente une turbine qui produit de l’électricité. Suivant la capacité des réservoirs et le type de machine, la phase de production peut durer de quelques heures à quelques jours. Comme on peut s’en douter, la STEP est d’autant plus puissante que la chute d’eau entre les deux bassins est haute.

Le principal avantage de ce système est qu’il peut délivrer de l’énergie – jusqu’à plusieurs milliers de mégawatts – en quelques minutes et avec un très bon rendement. Celui-ci est compris entre 70 et 85%, les pertes étant dues à l’électricité consommée pendant la phase de pompage. Pour produire 1 MWh (mégawattheure) par le turbinage, il faut produire près de 1,25 MWh pour pomper l’eau vers le bassin supérieur. En outre, sa technologie est relativement simple et non polluante, sa durée de vie élevée (supérieure à 40 ans) et son coût de stockage nettement inférieur à celui d’une batterie lithium-ion.

Des investissements lourds et un impact sur l’environnement

Deux obstacles freinent cependant la multiplication des STEP : la lourdeur des investissements et leur impact sur l’environnement et le paysage. Les STEP nécessitent un dénivelé important et un gros volume d’eau. C’est pourquoi elles sont principalement installées en région montagneuse.

Mais de nouvelles conceptions commencent à émerger. C’est notamment le cas des STEP marines placées entre des bassins souterrains ou en bordure de littoral. Elles peuvent être utiles pour récupérer l’électricité des grands parcs éoliens en pleine mer ou assurer l’autonomie énergétique d’îles. Mais il faut pour cela disposer d’un dénivelé d’au moins 100 mètres et construire des barrages, la mer constituant alors la retenue d’eau inférieure. De nombreuses sociétés travaillent également pour concevoir des STEP de dimension réduite qui pourraient être déployées en milieu urbain ou destinées à alimenter des villages isolés en région montagneuse. Une autre piste consiste à utiliser des machines hydro-électriques à vitesse variable permettant un meilleur contrôle des volumes d’eau pompés ou turbinés.

616.000 sites potentiels

Les STEP seraient-elles promises à un bel avenir grâce à ces nouvelles avancées technologiques ? De nombreux spécialistes ne sont pas loin de le penser. Des chercheurs de l’Université nationale australienne (Australian National University ou ANU) ont publié en mars 2019 sur le site de leur institution un atlas en ligne reprenant les sites potentiels où implanter des STEP. Leurs estimations se sont basées sur des algorithmes capables de les identifier en fonction de l’altitude, du climat, de la topographie, du volume de réservoir d’eau requis ou de la taille du barrage à construire. Hormis les réservoirs existants et les anciens sites miniers, ils ont trouvé 616.000 sites, totalisant une capacité de stockage d’environ 23.000 TWh (térawattheures), ce qui représenterait pratiquement la production énergétique mondiale en électricité pour une année entière. Celle-ci était de 25.606 TWh d’après les dernières statistiques publiées par l’Agence internationale de l’énergie (AIE)[1] ! Toutes ces installations ne pourront évidemment pas être envisagées. Les chercheurs n’ont pas tenu compte des considérations de coût et de faisabilité, pas plus que les problèmes de propriété de terrain ou les questions d’environnement. Cette étude démontre néanmoins que les STEP restent largement sous-exploitées – notamment à cause de leur rentabilité – alors qu’elles pourraient jouer un rôle clé dans la transition énergétique.

[1] Key World Energy Statistics, International Energy Agency, 2019

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