L'énergie électrique sans combustion : production et stockage

L'être humain déclare sa flamme à l'énergie électrique

L'énergie électrique sans combustion représente un enjeu essentiel pour la préservation de notre environnement.

Production d'énergie électrique

À partir de l'énergie mécanique

• Conversion directe: L'énergie mécanique directement produite par une source est transformée en énergie électrique par un alternateur (exemple: éolienne, barrage hydroélectrique).
• Conversion indirecte: On part d'une énergie thermique transformée en énergie mécanique, grâce à la production de vapeur d'eau, avant d'être convertie en énergie électrique (exemple: centrale nucléaire ou géothermique).

À partir du rayonnement électromagnétique solaire

Le rendement des panneaux photovoltaïques est faible, mais l'énergie radiative solaire arrive en continu sur Terre. Il serait en théorie possible de subvenir aux besoins mondiaux en électricité.

À partir de la chimie

La pile, grâce à la double réaction d'oxydoréduction, permet de produire de l'énergie électrique:

• Le zinc subit une oxydation.
• Le dioxyde de manganèse subit une réduction.

La pile permet de répondre au problème du stockage.

La pile à hydrogène est une pile à combustible utilisée dans l'automobile, l'aéronautique et l'aérospatiale. Elle a l'avantage de rejeter uniquement de l'eau, d'être silencieuse et d'avoir une grande longévité, mais la synthèse du dihydrogène est coûteuse et émettrice de CO2, sans compter que le risque d’explosion est présent.

L'ère du stockage doit arriver

Pour optimiser l’utilisation de l'électricité produite sans combustion, l'être humain doit améliorer le stockage de l'énergie.

Différentes techniques de stockage

Énergie potentielle de pesanteur

Cette technique s'applique dans le cadre des retenues d'eau et consiste à utiliser des pompes électriques (alimentées par des centrales dont le fonctionnement est continu) pour faire monter de l'eau dans un barrage d'altitude. L'eau ainsi élevée gagne en énergie potentielle de pesanteur qui pourra être de nouveau transformée en énergie électrique. Le rendement est bon, mais l'impact environnemental reste assez important.

Énergie électromagnétique

Cette technique consiste à stocker temporairement l'électricité sous forme d'une différence de potentiel grâce à un condensateur. Dans le cas des supercondensateurs, la surface de stockage des charges électriques est augmentée grâce à l'utilisation d'un matériau microporeux et l'isolant est remplacé par un électrolyte.

Le condensateur permet d'avoir une énergie électrique disponible immédiatement sans transformation. Il a une assez longue longévité et un rendement très élevé, mais la quantité d'énergie stockée reste limitée et il se décharge rapidement.

Énergie chimique

L'énergie chimique est utilisée depuis longtemps pour répondre au problème du stockage via l'accumulateur (exemple: accumulateurs lithium-ions pour les véhicules électriques).

L'accumulateur fonctionne comme la pile, mais il peut emmagasiner de l'énergie électrique (recharge) pour la restituer plus tard (régénération des réactifs par inversion forcée des transformations chimiques, moyennant un apport d'énergie électrique).

Un accumulateur lithium-ions a cependant une durée de charge relativement longue et la production et le retraitement du lithium sont nuisibles pour l'environnement.

Filière hydrogène

Une autre technique de stockage par voie chimique est la filière hydrogène. Dans ce cas, le surplus d'énergie électrique est transformé par électrolyse en hydrogène qui sera transformé en énergie électrique.