La fée électricité est-elle fée de synthèse ?

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Des sources d’énergie électrique dans la nature ?

Les énergies primaires sont les énergies directement accessibles dans l’environnement. Ces formes d’énergie peuvent être renouvelables : hydraulique, éolienne, solaire ou non renouvelables : fossiles ou nucléaire. L’électricité ne figure pas dans cette liste car c’est une énergie secondaire, qui n’existe dans la nature. Et pour cause, l’électricité ne se stocke pas. Lorsque la nature produit de l’électricité (lors des orages par exemple) celle-ci est rapidement dissipée et il n’existe pas de processus naturel permettant de créer des réservoirs à énergie électrique.

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La dissipation de l’énergie électrique est inhérente à sa nature même. L’électricité est l’expression d’une énergie mécanique au niveau microscopique : un courant électrique est un transfert d’électrons. Comme tout mouvement, il s’accompagne d’un phénomène de dissipation : les électrons qui se déplacent dans un conducteur se cognent contre les atomes de ce dernier et perdent un petit peu de leur énergie à chaque choc.

Comme les électrons vont très vite, il y a beaucoup de chocs à chaque fraction de seconde et il faut très peu de temps pour que l’énergie cinétique des électrons soit transférée en agitation moléculaire des atomes que nous percevons comme de la chaleur. Ainsi, il n’est pas possible de stocker l’énergie électrique en construisant un anneau, par exemple, dans lequel les électrons tourneraient en rond tel des cyclistes dans un vélodrome, car les électrons ne sont pas capables de maintenir leur mouvement sans apport d’énergie.

Alors pourquoi utiliser l’énergie électrique ?

L’énergie que nous consommons quotidiennement sous forme électrique est issue de l’exploitation d’une ou plusieurs sources d’énergie primaire car l’électricité est le mode de transport d’énergie le plus efficace qui nous permet d’avoir l’énergie là où on en a besoin. L’énergie est extraite des sources primaires et est acheminée là où elle doit être consommée sous forme électrique.

Les fils électriques sont donc des « tuyaux d’énergie » pure. Généralement, on produit l’électricité en faisant tourner des turbines, sauf dans le cas des panneaux solaires où l’énergie solaire est directement convertie en énergie électrique. L’électricité ne pouvant être stockée, la production est directement liée à l’exploitation.

Lorsque vous allumez le radiateur électrique de votre salle de bains, l’énergie que vous consommez vient d’être produite par une dynamo au cœur d’une centrale (généralement nucléaire en France). La production doit donc s’adapter en permanence à la consommation. À l’échelle d’un pays comme la France, on imagine bien que ça n’est pas une mince affaire que de coordonner la production de 74 centrales électriques à 70 millions de consommateurs.

Le problème du stockage de l’électricité

Dans le contexte de la transition énergétique, les choses se compliquent dramatiquement. En effet, les moyens de production basés sur les sources primaires d’énergies renouvelables ne sont pas réguliers. Solaires ou éoliens, ils sont soumis à la météo qui, comme chacun le sait, est capricieuse. Cette nouvelle contrainte pousse les ingénieurs de la filière énergétique à moderniser le réseau électrique pour mettre en œuvre un réseau intelligent (smart grid) capable d’aiguiller l’énergie là où elle est nécessaire au moment de sa production (voir le dossier réseau électrique) mais également à trouver des moyens pour réaliser l’impossible : stocker l’énergie électrique.

Pour cela, il n’y a pas trente-six solutions : transformer cette énergie énergétique, produite de manière instantanée et à consommer immédiatement en énergie stockable. Plusieurs options s’offrent à nous. La plus simple et la plus répandue : utiliser l’énergie électrique pour pomper de l’eau d’un réservoir bas vers un réservoir en amont. C’est la solution utilisée par certains barrages hydroélectriques pour absorber l’excédent d’électricité : l’eau est remontée dans la retenue. Pour récupérer cette énergie il suffit de faire couler l’eau dans le sens inverse : du haut vers le bas et de faire tourner des turbines, comme dans un moulin à eau. C’est la solution retenue par l’Allemagne qui stocke ses excédents de production électrique éolienne dans les barrages norvégiens.

Mais cette solution a ses limites : elle nécessite des régions montagneuses et le nombre de barrages hydrauliques n’est pas illimité (sans compter l’impact écologique et social de ces constructions). La R&D des grands groupes industriels de la filière électrique est donc intense et d’autres pistes sont explorées. Parmi elles, il y a bien sûr la même solution que celle que nous utilisons quotidiennement avec nos joujous électroniques : le stockage de l’énergie électrique sous forme d’énergie chimique dans les batteries.

D’autres solutions sont également à l’étude : stockage de l’énergie dans de l’air comprimé, stockage dans des volants d’inertie, voire même stockage sous forme de chaleur dans des matériaux réfractaires. Le principe est toujours le même : convertir l’énergie électrique en une autre forme d’énergie de manière réversible, de sorte à pouvoir récupérer l’énergie emmagasinée. Pour en savoir plus sur les différents moyens de stocker l’électricité, retrouver le dossier le stockage de l’électricité sur le site Planète Energies. Ce site propose de nombreux dossiers de qualité permettant aux élèves en projet (MPS, TPE, etc.) de trouver des sources fiables.

Cédric Lémery

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