Pourquoi un tel article ?
Cet article a pour objectif de parler des questions énergétiques aujourd’hui et en France. Il s’agit de remonter la chaîne de production derrière tous les appareils électroniques que nous utilisons et de s’intéresser à la question du stockage de l’énergie. Nos appareils électroniques nécessitent une production, un stockage et un transport d’électricité. Appréhender la question de l’énergie sous l’angle des batteries permet de comprendre où nous en sommes dans ce qu’on appelle communément la « transition énergétique ». Comment utilise-t-on l’énergie électrique ? Peut-on la stocker facilement ? Quels sont les enjeux actuels autour du « tout électrique » de demain ?De quoi parle-t-on ? Quels sont les différents types de batteries et leurs utilisations ?
Lorsqu’on mentionne le terme de « batteries », on a tendance à y associer plein de terme du champ lexical de la « transition énergétique ». On pourrait parler de voitures électriques, de smartphone, de stockage de données ou de terres rares… Pourtant, saviez-vous que la plupart des batteries de notre quotidien n’utilisent pas de terres rares ? Un point s’impose donc.Les batteries qui existent déjà
- Les batteries au plomb
- Les batteries lithium-ion
Pour se replonger dans les cours de chimie (électrolyse) et comprendre un peu plus en détail, n’hésitez pas à consulter ce court article : https://www.watteo.fr/comment-fonctionne-une-batterie-au-lithium/
Sur les métaux critiques : https://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/avis_technique_terres-rares-energies-renouvelables-et-stockage-denergie-2020.pdf
- Les batteries LiFePo4 ou LFP
Pour plus de précision sur les propriétés des batteries LiFePo4 : https://www.powertechsystems.eu/fr/home/technique/la-technologie-lithium-fer-phosphate/
Les batteries du futur
- Les batteries sodium-ion (Na-ion)
Pour aller plus loin : https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/les-batteries-sodium-ion-passent-le-cap-de-lindustrialisation-71783/
- Les batteries lithium-souffre
- Les batteries tout solide
Pour plus de détails sur ces trois types de batteries : https://www.saftbatteries.com/fr/m%C3%A9dias-et-ressources/nos-histoires/trois-technologies-de-batterie-qui-pourraient-r%C3%A9volutionner-notre/
Les enjeux des batteries dans la transition énergétique
Le stockage des énergies renouvelables : le problème de l’intermittence
Il n’y a pas toujours du vent et il ne fait pas beau tous les jours. Ces deux propositions sont anodines et pourtant elles ont des conséquences économiques et environnementales importantes : la quantité d’électricité produite par l’éolien ou le solaire est variable et son prix unitaire en varie d’autant. L’intermittence de ces moyens de production oblige aujourd’hui les distributeurs d’électricité à investir dans un double système. Entre hivers et étés, entre nuits et jours ou entres jours plus ou moins venteux, il s’agit de lisser la capacité de production électrique. Une solution apparaît alors : le stockage. Il existe actuellement plusieurs méthodes de stockage. Tout d’abord le stockage stationnaire qui correspond aux lacs d’éclusés, aux barrages avec réservoirs et aux stations de transfert d’énergie par pompage. Le principe est simple : pour produire de l’électricité, il faut que par gravité l’eau passe dans des turbines. Si la demande en électricité est faible, on utilise le surplus d’énergie électrique produite pour pomper l’eau est et la faire remonter. Cette eau de nouveau en amont pourra de nouveau permettre de produire de l’électricité. La deuxième forme de stockage est le stockage électrochimique avec principalement les deux types de batteries à base de lithium (lithium-ion ou LiFePo4). Or non seulement il existe un enjeu géopolitique autour du cobalt dans la batterie lithium-ion (la République démocratique du Congo est le premier producteur de cobalt loin devant tous les autres pays), mais les batteries classiques ne permettent pas une résolution du problème de rentabilité économique sur le long terme. De plus, on considère que la perte d’énergie minimale lors du stockage par des batteries est de 30%, ce qui représente d’immenses quantités d’énergie. Une solution serait alors le stockage d’hydrogène.
Source : https://fr.statista.com/statistiques/565284/cobalt-production-miniere-par-pays-principaux/
Pour aller plus loin sur les difficultés de la production électrique via les énergies renouvelables :Pour aller plus loin sur les difficultés de la production électrique via les énergies renouvelables : https://www.contrepoints.org/2020/12/29/387535-les-degats-de-leolien-et-du-solaire-les-couts-dacheminement-de-lelectricite
Le stockage par hydrogène : une solution d’avenir ?
Derrière le stockage d’eau en hauteur dans les barrages et autres retenues d’eau artificielles, nous avons compris que l’on cherchait à stocker un potentiel de mouvement (une capacité à faire tourner des turbines). Le principe est similaire pour le stockage par hydrogène. On utiliserait l’électricité produite par les énergies renouvelables pour mettre sous forme liquide du dihydrogène (H2) et le stocker. Cet hydrogène liquide représente alors un fort potentiel énergétique et peut être réutilisé lorsque la demande en électricité est plus grande ou directement dans d’autres domaines, notamment la mobilité électrique. L’avantage de l’hydrogène est que la combustion d’un kilo d’hydrogène peut produire quatre fois plus d’énergie que la combustion d’un kilo d’essence tout en ne rejetant que de l’eau. De plus, le stockage de dihydrogène permet de régler le problème de l’intermittence sur le plus long terme, puisqu’il correspond à une plus faible utilisation des batteries.Article du Journal of Power Source écrit par des chercheurs de l’Université du Québec et de l’Institut de recherche sur l’hydrogène qui explicite un modèle de résolution à long terme du problème d’intermittence grâce au stockage par hydrogène : https://discoveryklab.essec.edu/permalink/33ESSEC_INST/1rt7cm5/cdi_crossref_primary_10_1016_j_jpowsour_2004_08_019
Hydrogène et mobilité électrique
L’hydrogène est déjà utilisé comme carburant et la voiture emblématique est alors la Mirai de Toyota. Un petit bémol ? Son prix ! L’entrée de gamme est actuellement à 74 900 euros.Les limites et les difficultés actuelles
Ainsi dressé, le portrait de l’hydrogène paraît trop beau et il nous faut rappeler quelques ombres au tableau. En effet, il faut rappeler que tout hydrogène n’est pas vert. Aujourd’hui 95% du dihydrogène est produit à partir du « vaporeformage » de combustibles fossiles, notamment de méthane (CH4). Ce processus est très polluant : la fabrication d’un kilo d’hydrogène par vaporeformage produit 10kg de CO2. Seule une production d’hydrogène par électrolyse grâce à de l’électricité produite grâce aux énergies renouvelables pourrait être qualifiée de verte. Et malheureusement il faut encore rappeler le caractère polluant de la production de panneaux solaires ou des éoliennes.https://www.cea.fr/comprendre/Pages/energies/renouvelables/essentiel-sur-hydrogene.aspx
Il nous paraît essentiel de rappeler que jusqu’à présent toute innovation énergétique dans la production mondiale d’électricité à produit à un ajout de consommation électrique et non à une substitution.http://www.carbone4.com/wp-content/uploads/2019/11/Publication-Carbone-4-Pointe-Electrique-1.pdf
En conclusion
Le stockage de l’énergie est donc un enjeu majeur de la transition énergétique. Stocker de façon durable et sans perte d’énergie l’électricité produite les énergies renouvelables permettrait de résoudre le problème de l’intermittence et de rendre compétitive l’électricité dite verte. Actuellement, la production renouvelable possède un statut à part et ne soutient aucunement la concurrence des énergies fossiles ou du nucléaire. L’électricité produite par les énergies renouvelables est un pur ajout de consommation électrique et en aucun cas une réelle transition. Rendre l’électricité dite verte viable économiquement nous permettra-t-il d’opérer une réelle transition vers des énergies plus propres sans consommer toujours plus d’électricité ? Ou est-ce une simple illusion positiviste ?Emma Rennuit