Le stockage de l'électricité renouvelable présente un défi majeur pour les années à venir. Parmi les solutions les plus efficaces figure le pompage-turbinage qui fonctionne comme un barrage en circuit fermé (sans apport extérieur). Henri Jacquet-Francillon, directeur de projet chez EDF, fait le point sur les capacités actuelles en France et sur leur développement nécessaire à l'avenir.
En France, l'hydroélectricité est synonyme de barrage : une grande retenue d'eau, alimentée par une rivière ou par la fonte des neiges, dont l'énergie potentielle est exploitée par des turbines. Mais il est également possible d'inverser ce processus, en faisant remonter l'eau contre la gravité par pompage, afin de la stocker dans le réservoir pour la turbiner au moment souhaité. Henri Jacquet-Francillon, directeur de projet chez EDF, explique : "Le stockage de l'énergie prend différentes formes, et devient nécessaire pour 'piloter' la production d'électricité d'origine renouvelable, intermittente. Il existe par exemple le Power to gas où l'hydrogène, produit par hydrolyse de l'eau, est ensuite brûlé pour à nouveau générer de l'électricité. Mais on ne récupère que 30 % de l'électricité consommée". Un rendement décevant que d'autres solutions techniques améliorent légèrement. "Le stockage d'air comprimé voit également beaucoup d'énergie dissipée sous forme de chaleur, 50 % environ", poursuit le spécialiste. "Au-delà, les systèmes de batteries et les volants d'inertie, sont à 80 % de récupération de l'énergie consommée. Mais la durée de stockage doit être relativement courte…", constate-t-il. Seul moyen de pérenniser cette énergie "dormante", la station de transfert d'énergie par pompage ou STEP, dont le rendement atteint les 90 %.
Absorber des pics de production et résorber des pics de consommation
Le directeur de projet détaille : "Un million de mètres cubes d'eau turbinés sur une hauteur de 450 mètres représentent 1 GWh de courant". A l'heure actuelle, la France stocke la production nocturne des centrales nucléaires, afin de la réutiliser à d'autres moments où elle sera plus utile. Car le pompage-turbinage présente différents avantages, dont une grande réactivité, permettant d'équilibrer rapidement l'offre électrique face à un pic de demande. Henri Jacquet-Francillon précise : "Le passage à pleine puissance ne nécessite que quelques minutes et des variations de puissance sont possibles". Inversement, les STEP pourraient contribuer à absorber des pics de puissance électrique renouvelable, en cas de conditions exceptionnelles de vent et de soleil, un week-end notamment. Les centrales de ce type utilisent des turbines Francis réversibles mono-étage, le modèle le plus adapté à des hauteurs de chute d'eau moyennes (quelques dizaines à quelques centaines de mètre de dénivelé) et à des puissances intermédiaires (de 50 à 400 MW). EDF estime que l'acceptabilité des stations de pompage est meilleure que celle d'autres installations, car elles peuvent être installées entre des réservoirs existants et que les volumes en jeu sont plus faibles que ceux des grands barrages de lac.
La France dispose, à ce jour, de six STEP importantes en fonctionnement : quatre dans les Alpes, une dans le Massif Central et une dans les Ardennes. Elles représentent une puissance cumulée de 5,1 GW dont plus du tiers pour la seule centrale de Grand'Maison (Isère). Le spécialiste classe ces installations selon la taille de leur réservoir qui détermine leur capacité à produire de l'électricité plus ou moins longtemps. La station du Revin (800 MW) serait ainsi une centrale "journalière pure" du fait de l'absence totale d'apport d'eau extérieur dans le bassin supérieur. Grâce à ses plus grands réservoirs, l'unité de Montézic (Aveyron) est classée "hebdomadaire pure" et développe 900 MW de puissance. En revanche, les usines de La Coche (Savoie) ou du Cheylas (Isère), présentent des puissances moindres (310 à 480 MW) mais sont alimentées en partie lors des périodes de fonte. Elles sont dites "journalières mixtes". Enfin, la plus imposante de toutes, celle de Grand'Maison, avec 1.800 MW, dispose d'une capacité de production allongée dans le temps et d'apports extérieurs, lui permettant de revendiquer un classement "hebdomadaire mixte". "Les STEP hebdomadaires offrent une meilleure flexibilité que les journalières", note l'expert d'EDF.
Step by step…
Selon l'énergéticien national, une capacité supplémentaire de 1 à 2 GW de STEP serait nécessaire au niveau national, d'ici à 2030, afin d'assurer le bon équilibrage des futures centrales renouvelables intermittentes, dont les puissances sont fixées par la loi de Transition énergétique et la PPE qui en découle. Deux sites auraient été identifiés sur le territoire, présentant des caractéristiques topographiques et géologiques favorables, dans le Massif central. Cette localisation, au cœur du pays, offrirait un avantage supplémentaire : celui d'être situé à proximité des grandes artères de circulation électrique que sont les axes 400 kV nord-sud, entre les zones de production éolienne (Picardie, Champagne) et celles de production photovoltaïque (PACA, Occitanie). Les stations de pompage-turbinage ont donc de beaux jours devant elle, comme le scandait Madness en 1979 : "One step beyoooond !". A moins que l'opposition à des projets d'infrastructures comme le barrage de Sivens ne soit trop forte pour développer ces nouvelles capacités de stockage.
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La Chine dispose d'une capacité installée de presque 17 GW (plus 8 GW en construction), avec 13 centrales de plus de 1.000 MW de puissance. Elle devance les Etats-Unis (14 GW) et le Japon (9,3 GW + 4,4 GW en construction). En Europe, la France arrive en tête (5,1 GW) et précède l'Italie d'une courte tête (4,3 GW). La centrale la plus puissante du monde, Bath County (Virginie), dépasse à elle-seule les 3 GW.