Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)

La méthode de stockage de l'énergie la plus largement répandue consiste à utiliser l'électricité disponible sur le réseau pour pomper de l'eau d'un bassin à un autre, situé en altitude. Il s'agit donc du même principe qu'une turbine hydraulique, mais inversée.

L'efficacité énergétique d'une pompe est notablement inférieure à celle d'une turbine, donc ce système à des limites économiques. On le privilégie pour des centrales hydrauliques de grande taille.

Accumulateurs et supercondensateurs

Un accumulateur stocke l'énergie sous forme chimique. Lorsqu'on lui applique une tension, les électrons de la solution électrolytique sont acheminé de l'anode à la cathode, où ils se combinent avec un élément qui se dépose sur la cathode. En décharge, les électrons empruntent le chemin inverse, créant un courant électrique continu.

Par exemple, étudions le fonctionnement d'un accumulateur composé d'une cathode en plomb, une anode en oxyde de plomb, le tout baignant dans une solution électrolytique d'acide sulfurique. Sans l'anode, les ions hydrogène de l'acide récupéreraient des électrons au plomb, mais ici les électrons empruntent un chemin au travers d'un câble électrique jusqu'aux ions de plomb dans l'anode. Les ions hydrogènes, positifs, sont attirés par l'anode, tandis que les ions négatifs d'oxygène sont repoussés. Oxygène et hydrogène forment des molécules d'eau H₂O. Restent les ions SO₄^2- qui s'associent avec les ions de plomb sur les deux électrodes pour former un plaquage de sulfate de plomb.

Lors de la charge, le processus est inversé : les électrons sont rendus au ions de plomb de la cathode, éjectant les ions SO₄^2-, qui se recombinent avec les ions hydrogène tandis que les ions d'oxygène reprennent leur place sur l'anode.

Un supercondensateur, comme son cousin le condensateur, stocke l'énergie dans un champ électrique. La différence réside dans la présence d'un électrolyte qui permet l'accumulation de charges sur les électrodes lorsqu'une tension est appliquée, et d'une surface poreuse qui augmente la capacitance. Si les supercondensateurs ne peuvent pas significativement emmagasiner plus de charge qu'un accumulateur, ils peuvent subir des cycles de charge et de décharge beaucoup plus rapides. Associés en batteries, ils peuvent donc être utilisés dans des situations où une haute puissance est requise. Enfin, ils ont aussi l'avantage d'être énergétiquement très efficaces puisqu'ils ne convertissent pas l'énergie électrique dans une autre forme.

Piles à combustible

Une pile à combustible utilise de l'hydrogène pour produire de l'électricité ; c'est en fait le phénomène inverse de l'électrolyse.

Ici, des molécules de dihydrogène réagissent avec des molécules de dioxygène. Hors d'une pile, cette réaction est très exothermique mais ici, les électrons empruntent un chemin formé par deux électrodes reliés l'une à l'autre par un conducteur et sont donnés aux atomes d'oxygène. Les ions d'hydrogène peuvent passer au travers d'une surface poreuse pour se combiner avec les ions d'oxygène pour former des molécules d'eau.

La charge est une simple électrolyse, où le processus inverse se déroule : l'eau est séparée par une tension en molécule de dioxygène et molécules de dihydrogène qui peuvent être utilisées pour faire fonctionner une pile à combustible. A la différence d'un accumulateur, la mise en charge ne peut être faite dans une pile. L'électrolyse est donc faite dans un autre endroit.

Autres

Il existe d'autres technologies dans laquelle la recherche en cours pourrait mener à une généralisation. Citons-en quelques unes :

• les volants d'inertie, où l'énergie cinétique d'une roue en lévitation grâce à un champ magnétique est proportionnelle au carré de sa vitesse angulaire
• les compresseurs, où l'énergie électrique est utilisée pour compresser de l'air qui est restitué dans une turbine à air
• les tours, où des masses sont élevées et empilées les unes sur les autres au moyen de grues, puis redéposées lentement en faisant tourner des dynamos
• les sels fondus, où des sels sont fondus à très haute température, leur chaleur permettant ensuite de vaporiser de l'eau pour faire fonctionner des turbines à vapeur