Une maxi batterie remplie d’air

Le vent produit de l'électricité, même quand la demande d'énergie est basse. Keystone

Dans un tunnel creusé sous les Alpes suisses, on met au point un système innovant pour stocker l’électricité sous forme d’air comprimé. Un projet unique au monde qui pourrait donner une impulsion décisive aux énergies renouvelables. Et réaffirmer le rôle de la Suisse comme batterie de l’Europe.

Stocker l’énergie excédentaire produite par les centrales solaires et éoliennes fait partie des défis principaux du tournant énergétique vers les sources renouvelables. Le soleil et le vent produisent en effet de l’électricité de manière irrégulière. Il arrive ainsi que l’on dispose de beaucoup de courant dans les périodes de faible demande. Alors comment l’exploiter?

La réponse de Giw Zanganeh, jeune ingénieur diplômé de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich, est basée sur l’air comprimé. Et plus précisément sur le stockage d’air dans des galeries et des espaces creusés dans la montagne.

Le principe est simple, explique le responsable d’AlacaesLien externe, un projet soutenu par l’Office fédéral de l’énergie. «On utilise l’énergie excédentaire pour faire fonctionner un compresseur, qui pompe de l’air dans le tunnel. Au moment où on en a besoin, on inverse le flux et l’air comprimé actionne une turbine qui fabrique de l’électricité».

Ambiance sous-marine dans la caverne

Pour l’usine pilote d’Alacaes, qui a coûté 4 millions de francs, on a choisi un tunnel désaffectéLien externe au nord de Biasca, au Tessin. Jusqu’à il y a quelques années, il servait à transporter les matériaux d’excavation du tunnel ferroviaire de base du Saint Gothard, inauguré récemment.

«Le tunnel est dans l’état où nous l’avons trouvé», raconte Giw Zanganeh en nous guidant à l’intérieur. A bord de sa voiture, nous avançons de 700 mètres environ dans l’obscurité la plus totale avant de tomber sur deux machines volumineuses. Ce sont les compresseurs utilisés pour pomper l’air. «Il s’agit de compresseurs spéciaux. C’est une nouvelle technologie», souligne l’ingénieur, d’origine iranienne. Un peu plus loin, nous accédons, par une porte en acier, à la salle d’accumulation de l’air.

La salle d’accumulation de l’air comprimé est fermée par une épaisseur de cinq mètres de béton, percée d’une porte d’acier. swissinfo.ch

Dans la salle, longue d’une centaine de mètres, l’air est comprimé à 33 bar. Pour se faire une idée, cela correspond à la pression de l’eau à 300 mètres de profondeur. Travailler dans ces conditions extrêmes est une des difficultés majeures, note Giw Zanganeh. Pour surveiller l’installation, on a recours à des caméras spéciales, conçues pour les travaux sous-marins.

L’objectif de la phase de test est d’étudier la réaction de la roche aux pressions élevées, de tester son imperméabilité et la présence d’éventuelles vibrations. Contrairement aux installations géothermiques, le risque de provoquer un tremblement de terre est pratiquement nul, parce que l’on ne creuse pas la roche, souligne l’ingénieur.

Récupérer la chaleur

Les installations de stockage d’énergie sous forme d’air comprimé (technologie CAES, Compressed Air Energy Storage) ne sont pas une nouveauté. La première a été construite en 1978 en Allemagne, et la seconde est entrée en service aux Etats-Unis au début des années 90. Mais comparé à ces deux-là, installées dans des mines de sel, le projet pilote de Biasca offre un meilleur rendement, affirme Giw Zanganeh. «Et ceci grâce à la récupération de chaleur».

Quand on comprime un gaz, la température augmente. C’est un phénomène physique. L’air peut ainsi atteindre 550°C, une chaleur bien trop élevée pour pouvoir le mettre «en conserve» sans danger. En Allemagne et aux Etats-Unis, cette chaleur est dissipée. Mais Giw Zanganeh – et c’est une des innovations du projet Alacaes – a conçu un système pour conserver cette énergie et l’utiliser pendant la phase de conversion de l’air en électricité.

Grâce à la gestion de cette chaleur, le projet de Biasca a un rendement de 72%, contre les 45 à 50% des installations existantes, souligne l’ingénieur. «Nous approchons de l’efficacité des systèmes de pompage-turbinage des centrales hydroélectriques. Mais nous sommes moins chers et plus durables du point de vue environnemental. Pas besoin d’intervenir sur le terrain pour créer des barrages et des lacs d’accumulation».

Système prometteur, mais à perfectionner

«En plus du faible impact écologique, le recours à l’air comprimé pourrait garantir la fourniture de grandes quantités d’énergie pour une période prolongée. Une exigences qui deviendra de plus en plus importante à l’avenir», affirme Maurizio Barbato, professeur à l’Institut CIM pour la durabilité de l’innovation à la Haute Ecole spécialisée de la Suisse italienne.

10% de l’électricité dans les lacs

La Suisse dispose d’une capacité de stockage de l’énergie supérieure à celle de l’Europe, relève Sophia Haussener. 10% de l’électricité produite en Suisse peut être emmagasinée dans le système de pompage-turbinage (c’est-à-dire dans les lacs d’accumulation). En Europe, cette part est de 5%. La Stratégie énergétique 2050Lien externe de la Confédération prévoit d’augmenter la capacité de stockage d’un facteur 2 ou 3, souligne la chercheuse.

Cependant, la technologie, et plus précisément celle du stockage thermique, n’est pas encore au point, souligne Maurizio Barbato, qui suit de près l’expérience de Biasca dans le cadre d’un programme du Fonds national de la recherche (PNR70Lien externe). L’utilisation de la roche ne permet pas de garantir une température constante de l’air à la sortie, explique-t-il. Or, c’est une condition indispensable pour le bon fonctionnement des turbines. Les Ecoles polytechniques fédérales de Zurich et de Lausanne (EPFL) étudient les manières d’améliorer le système, par exemple en utilisant des alliages métalliques.

La technologie d’Alacaes est très intéressante, confirme Sophia Haussener du Laboratoire de la science et de l’ingénierie de l’énergie renouvelable de l’EPFL. «Mais sa limite est peut-être celle de la densité énergétique, relativement basse: la quantité d’énergie qui peut être stockée par unité de volume est 5 à 10 fois plus basse que dans une batterie rechargeable».

La consommation de Lugano dans un cube

Dans une Europe, spécialement au nord, qui produit de plus en plus d’électricité avec le vent, un système à air comprimé pourrait avoir un grand potentiel. Idéalement, estime Maurizio Barbato, cette «maxi batterie» devrait se trouver à proximité des parcs éoliens. «Mais pour ceux de plaine, comme au nord de l’Allemagne, c’est compliqué. Il faudrait les installer à des centaines de mètres de profondeur, ou construire des dépôts étanches en surface, ce qui serait très coûteux». Un pays de montagnes, de grottes et de tunnels comme la Suisse peut donc jouer un rôle important.

Mais Giw Zanganeh ne croit pas trop à des solutions dans les tunnels ou les anciens bunkers creusées dans les Alpes. Les bunkers sont en général trop petits et la forme allongée des tunnels n’est pas la plus indiquée pour minimiser les pertes. La forme idéale est le cube, ou la sphère, qui ont un rapport superficie/volume plus petit. «Un cube de 48 mètres de côté permettrait d’emmagasiner 500 MWh d’énergie. C’est la consommation de la ville de Lugano (environ 70’000 habitants) pendant 12 heures», calcule l’ingénieur.

Si les tests d’Alacaes donnent de bons résultats, souligne Giw Zanganeh, la Suisse pourrait réaffirmer son rôle de batterie électrique de l’Europe. Et contribuer à la stabilisation du réseau européen, en compensant les fluctuations de l’énergie solaire et éolienne produite sur le continent.

Tandis que la science étudie de nouvelles manières de stocker l’électricité, que peuvent faire les citoyens pour réduire leur consommation énergétique? Vos expériences et vos suggestions nous intéressent.

(Traduction de l’italien: Marc-André Miserez)