Pour une fois les experts sont unanimes, l’une des clés de la transition énergétique réside dans la capacité de pouvoir stocker à grande échelle de l’électricité. Pas pour assurer l’alimentation d’une voiture, mais pour approvisionner une ville, une région, un pays… Les modèles théoriques de la transition, fabriqués à la chaîne depuis des années par les institutions, les agences de l’État, les lobbys et les ONG qui promeuvent les renouvelables intermittents, éoliens et solaires, partent tous du principe que nous allons rapidement pouvoir stocker de grandes quantités d’électricité produites quand les conditions météorologiques sont favorables. Et tout cela avec des technologies et des coûts maîtrisés et sans déstabiliser les réseaux. Autant dire que l’on se trouve encore dans la démarche qui consiste à prendre ses désirs pour la réalité et à construire des hypothèses pour permettre aux modèles de produire les résultats escomptés.
Point de départ, le facteur de charge, la production effective par rapport aux capacités théoriques, des renouvelables intermittents est faible. Il est de 22 à 26 % pour l’éolien terrestre, de 33 à 40 % pour l’éolien marin et de 11 à 15 % pour le solaire photovoltaïque. Voilà pourquoi la politique énergétique en faveur des renouvelables pose de tels problèmes. On construit des capacités considérables avec des subventions publiques massives qui en fin de compte produisent toujours trop… ou trop peu.
En face, il n’existe aujourd’hui qu’une technologie permettant de stocker de l’électricité à grande échelle et de stabiliser les réseaux, elle est hydraulique. Il s’agit des STEP (stations de transfert d’énergie par pompage). Très sommairement, ce sont des barrages équipés de gigantesques pompes électriques qui permettent de remonter l’eau du bassin aval vers le bassin amont. Quand il y a une production d’électricité renouvelable surabondante, les pompes sont mises en marche. Et quand les éoliennes et les panneaux photovoltaïques font défaut et ne peuvent répondre à la demande, les turbines des barrages sont ouvertes. Il existe six STEP aujourd’hui en France. Il faudrait en construire bien plus. Mais les investissements sont lourds, les emplacements favorables ne sont pas très nombreux et les oppositions des mouvements écologistes sont virulentes à tout projet d’élargissement ou de modification des bassins. Compte tenu de l’absence récurrente de courage politique dans ce pays, cela ne se fera donc sans doute jamais.
« Exubérance irrationnelle »
Maintenant, il existe une autre technologie qui permet de stocker l’électricité et tout l’espoir est de la faire passer à une échelle qui corresponde aux besoins d’un système électrique. On en est encore loin, mais cela ne signifie pas que cela ne se fera pas. Notamment, parce que les investissements dans les batteries, les capacités de production et plus encore les technologies sont considérables dans le monde. À tel point qu’il ne se passe pas une semaine depuis des années sans qu’il y ait une annonce fracassante de percée technologique majeure dans les batteries. Cette politique de communication a fini, à tort ou à raison, par perdre toute crédibilité même si elle continue à être relayée en permanence par des médias peu regardants.
L’Agence internationale de l’énergie (AIE) a aussi contribué à cette « exubérance irrationnelle », pour reprendre l’expression forgée par le regretté Alan Greenspan, en estimant il y a deux ans que les capacités installées de stockage par batteries devraient passer à 1 térawatt à la fin de la décennie et 5 térawatts d’ici 2050. Elles étaient de l’ordre de 230 gigawatts en 2025. Un chiffre modeste par rapport, par exemple, aux 2 375 GW de capacités solaires photovoltaïques installées dans le monde à la fin de l’année dernière.
Mais la trajectoire est intéressante. En 2023, la capacité mondiale de stockage sur réseau était de seulement 59 GW. Et il n’y a pas que l’AIE à prédire l’explosion de ce marché. Le cabinet spécialisé Rystad Energy estime que les capacités mondiales pourraient atteindre 4 TW d’ici 2040. Bain, un autre cabinet d’études réputé, considère que le marché mondial du stockage stationnaire par batteries pourrait représenter entre 200 et 700 milliards de dollars par an d’ici 2030 et entre 1 000 et 3 000 milliards de dollars d’ici 2040…
Les prévisions d’installations dans les prochaines années
S’il faut toujours être prudent avec les prévisions de croissance exponentielle de nouveaux marchés, le stockage par batteries dit stationnaire va bien au-delà de permettre à l’industrie des renouvelables intermittents de limiter les conséquences difficiles à gérer… de l’intermittence. C’est aussi devenu aujourd’hui une question de sécurité d’approvisionnement énergétique.
Les pays capables d’équilibrer leurs réseaux électriques sans dépendre de combustibles importés, notamment de gaz, bénéficieront d’une plus grande résilience. L’enjeu de souveraineté n’est plus seulement aujourd’hui de savoir qui contrôle les puits de pétrole, les raffineries ou les gazoducs, mais qui sera capable de maîtriser les technologies permettant de maintenir l’approvisionnement électrique lorsque le soleil se couche et que le vent cesse de souffler dans les pays qui ont fait des renouvelables intermittents leur priorité… souvent sans bien en mesurer toutes les conséquences. Les dirigeants allemands ont fini par reconnaître, quinze ans après l’avoir lancée, les limites de leur fameuse révolution énergétique (Energiewende) que l’Europe a voulu imposer comme modèle. Les dirigeants espagnols ont tout fait eux pour que la responsabilité des renouvelables intermittents dans le gigantesque black-out d’avril 2025 ne soit pas mise en avant.
Au-delà de la souveraineté, les partisans du stockage par batteries ont aussi des arguments économiques et techniques à faire valoir. Tout d’abord, le fait que les prix des batteries lithium-ion se sont littéralement effondrés. La prise de contrôle du marché mondial par l’industrie chinoise et la concurrence acharnée entre les groupes chinois qui croulent sous les surcapacités n’y est pas pour rien. À tel point d’ailleurs que le gouvernement chinois a décidé de resserrer son contrôle sur cette industrie. En tout cas, le prix du kilowattheure de capacité d’une batterie est passé de 10 000 dollars en 1991 à nettement moins de 100 dollars aujourd’hui. Rystad Energy estime qu’il pourrait tomber à 60 dollars dans les prochaines années.
La chute vertigineuse des prix
Dans le même temps, la technologie des batteries s’est nettement améliorée notamment dans son aspect le plus crucial, la densité énergétique. Les batteries lithium-ion sont capables de stocker environ un quart de KWh par kilogramme de batteries. C’est huit fois mieux que les vieilles batteries au plomb, mais tout de même 67 fois moins d’énergie que celle contenue dans 1 litre d’essence.
Ce qu’il y a de trompeur avec les progrès des batteries est qu’ils ne sont pas le résultat d’une percée spectaculaire mais d’améliorations continues. La technologie des batteries lithium-ion remonte aux années 1970 et 1980 et elles ont commencé à être commercialisées dans les années 1990 par Sony pour ses appareils électroniques. On continue encore à améliorer leurs performances de quelques pourcentages par an.
Technologies de substitution
Maintenant, même si leurs prix ont considérablement baissé, les lithium-ion classiques (NMC) ne sont pas les plus compétitives et les plus prometteuses pour le stockage stationnaire. Il existe des technologies de substitution comme le LFC, toujours avec du lithium, et le sodium-ion, qui se passe de lithium.
Les NMC ont une cathode au lithium nickel manganèse cobalt et les LFC une cathode au lithium, fer et phosphate. Les cathodes jouent un rôle essentiel dans la performance et le coût des batteries. Ce sont les électrodes positives qui sont reliées aux électrodes négatives (anodes) généralement fabriquées en graphite. Les électrons (le courant électrique) passent entre ses deux pôles via un électrolyte liquide. Il existe des prototypes plus ou moins avancés de batteries avec des électrolytes solides (les fameuses batteries solides) dont on nous annonce depuis des années la commercialisation imminente. Un jour viendra. Quand la batterie se décharge, les électrons se déplacent de l’anode à la cathode. Et quand elle est en charge, ils font le chemin inverse.
La technologie NMC offre des densités de puissance élevées, ce qui est moins important pour le stockage sur réseau que pour un véhicule, où le poids embarqué a un impact considérable sur la consommation d’énergie. Mais le cobalt est relativement rare, ce qui en augmente le coût, et il est principalement extrait en République démocratique du Congo, ce qui soulève de sérieux problèmes liés à son impact environnemental et au travail des enfants. Parallèlement, le LFP connaît un essor rapide grâce aux constructeurs automobiles chinois. La domination de la Chine dans le domaine des véhicules électriques est notamment construite sur le fait qu’elle fabrique actuellement 80 % de toutes les cellules de batteries dans le monde. L’industrie chinoise domine totalement toute la filière, qu’elle soit destinée aux véhicules ou aux réseau électriques.
Une domination chinoise écrasante
Aujourd’hui, environ 80 % des batteries destinées au marché chinois sont à base de LFP. Comme ses batteries n’utilisent pas de cobalt et de nickel, les métaux les plus coûteux des batteries NMC, leur fabrication revient environ à 30 % moins cher.
Les batteries NMC présentent aussi d’autres avantages. Elles sont plus sûres et plus durables, car elles peuvent fonctionner à des températures plus élevées. Elles présentent aussi une empreinte carbone inférieure sur l’ensemble de leur cycle de vie. La sécurité de cette technologie permet également la production de cellules de très grande taille, ce qui simplifie la fabrication. Ses principaux inconvénients sont le fait que les températures plus basses entraînent une diminution de la capacité et un ralentissement de la recharge et une densité énergétique plus faible qui limite l’autonomie des véhicules mais n’est pas un inconvénient pour le stockage de réseaux.
La troisième technologie est celle qui semble la mieux adaptée au stockage stationnaire. À condition qu’elle réussisse à franchir l’étape de la production de masse. Il s’agit des batteries dites sodium-ion. Le sodium est abondant, bon marché et plus sûr que le lithium. Ces batteries ne peuvent pas remplacer celles au lithium dans les véhicules électriques en raison de leur densité énergétique nettement inférieure. Mais elles sont adaptées au stockage stationnaire, où la taille et le poids importent assez peu.
Le chemin vers une fabrication de masse reste tout de même difficile. Natron Energy, l’un des principaux pionniers américains des batteries sodium-ion, a fait faillite cette année après avoir échoué à obtenir la certification UL et s’être retrouvée à court de liquidités. Il avait pourtant lancé un projet d’usine de 1,4 milliard de dollars et disposait de 25 millions de dollars de commandes de clients. Les promesses de potentiel technique ne garantissent pas la viabilité financière des sociétés qui les développent.
