Dans un monde où la transition énergétique devient urgente, l’énergie solaire reste une source prometteuse pour répondre à la demande croissante d’électricité. Son principal défaut : elle est intermittente. Quand le soleil ne brille pas, la production s’arrête, d’où la nécessité de mettre en place des solutions de stockage efficaces pour assurer une fourniture continue. L’article publié sur Science et Vie s’intéresse aux défis et aux possibilités du stockage de l’énergie solaire, en mettant en avant des avancées technologiques qui pourraient changer la donne.
Le solaire : ses atouts et ses limites
Le solaire a gagné en popularité avec l’installation de panneaux sur les toits de maisons et de hangars, grâce à la baisse des coûts des cellules en silicium et à leur format compact. Mais ce succès amène aussi des problèmes : le réseau peut saturer lors de journées estivales très ensoleillées, quand la production est au maximum. Le soir et en hiver, la production chute alors que la demande est élevée. Ces déséquilibres montrent l’importance d’un système de stockage fiable.
En France, le stockage hydroélectrique par pompage est largement utilisé, mais l’exploitation des sites favorables bute sur des contraintes géographiques. Les batteries à gravité émergent comme une alternative durable. Les batteries électrochimiques, avec le lithium‑ion en tête, sont une autre voie, et des acteurs comme Enedis investissent dans des parcs de batteries pour stabiliser le réseau. Toutefois, la demande de lithium devrait croître de 42 % d’ici 2040, ce qui entraîne des enjeux géopolitiques et environnementaux. Le débat est vif en France autour de l’ouverture possible d’une mine de lithium dans l’Allier, suscitant des inquiétudes sur la qualité de l’eau potable, la biodiversité et les sols.
Et si on stockait la chaleur ?
Face aux limites des approches classiques, le stockage thermique apparaît comme une option intéressante, tout comme la géothermie profonde. Cette technique stocke l’énergie sous forme de chaleur et existe déjà dans des systèmes comme les chauffe‑eau solaires et les centrales solaires à concentration (CSP). Des projets tels que le Crescent Dunes Solar Energy Project et l’Andasol Solar Power Station en sont des exemples. Les CSP utilisent de grands miroirs pour concentrer la chaleur solaire et faire tourner des turbines. Mais ces installations demandent d’importants investissements initiaux et des coûts de maintenance élevés, ce qui limite leur déploiement à grande échelle.
La conversion de chaleur en électricité via des turbines, comme dans les CSP, est encadrée par la loi de Carnot : même dans des conditions optimales, l’efficacité théorique n’est que de 50 % à 300 °C. En comparaison, les batteries lithium‑ion atteignent des efficacités supérieures à 90 %. Une piste prometteuse apparaît avec les thermophotovoltaïques (TPV), qui transforment le rayonnement infrarouge d’un corps chauffé en électricité. Des cellules en indium‑gallium‑arséniure figurent parmi les composants de TPV, permettant d’exploiter la chaleur à très haute température, jusqu’à plus de 2 000 °C avec du graphite.
Les thermophotovoltaïques : quelles promesses ?
Des travaux au MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont montré qu’à haute température, les TPV peuvent dépasser une efficacité de conversion de 40 %. C’est une marge d’amélioration notable par rapport aux turbines des CSP classiques. Le montage expérimental le plus avancé repose sur de l’électricité pour chauffer le stockage thermique : cela ressemble, sur certains aspects, à une batterie lithium‑ion, mais la conversion énergétique s’effectue différemment.
Un prototype innovant a aussi été développé, où le stockage est chauffé directement par un rayonnement solaire concentré, offrant des équipements potentiellement plus compacts et moins coûteux. Pour rendre cette innovation compétitive, il faudra poursuivre les efforts en laboratoire sur l’efficacité des cellules thermophotovoltaïques.
