Adieu lithium : ces batteries gravitationnelles géantes de 40 étages en Chine promettent une révolution énergétique sans précédent

Les batteries gravitationnelles, une innovation fascinante, exploitent la force naturelle de la gravité pour stocker de l’énergie. Contrairement aux batteries au lithium-ion, elles n’utilisent pas de métaux rares, ce qui les rend potentiellement plus durables et écologiques. Cette technologie émerge alors que la demande en énergie ne cesse de croître, notamment en raison de l’essor des énergies renouvelables et de l’intelligence artificielle. Les batteries gravitationnelles pourraient bien être la clé pour stabiliser les réseaux électriques mondiaux tout en réduisant notre dépendance aux ressources géopolitiquement sensibles.

Le besoin urgent de stocker massivement l’énergie

Les sources d’énergie renouvelables, telles que le solaire et l’éolien, ont la capacité de fournir des quantités massives d’énergie. Cependant, leur production est capricieuse, avec des baisses significatives lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent cesse de souffler. Parallèlement, la montée en puissance des véhicules électriques (VE) entraîne une demande croissante en électricité, renforçant la nécessité de stocker l’énergie efficacement.

L’essor des applications d’intelligence artificielle, qui nécessitent une puissance informatique colossale, accentue encore la pression pour une énergie stable et fiable. Les réseaux électriques traditionnels peinent à s’adapter aux fluctuations des sources renouvelables et à ces nouvelles exigences. C’est pourquoi le stockage d’énergie à grande échelle, souvent mesuré en mégawattheures (MWh) ou en gigawattheures (GWh), est essentiel pour garantir la disponibilité de l’électricité à tout moment.

Les batteries au lithium-ion, bien qu’appréciées pour leur compréhension relativement répandue, posent des problèmes environnementaux et sociaux dus à l’extraction du lithium et d’autres éléments rares. Ces batteries se dégradent avec le temps, perdant de leur capacité, et posent des défis en matière de recyclage. Leur coût dépend de la géopolitique et des chaînes d’approvisionnement, la Chine contrôlant actuellement environ 72 % du marché mondial du lithium-ion.

Le fonctionnement des batteries gravitationnelles

Une batterie gravitationnelle utilise l’énergie potentielle. Lorsque vous soulevez une masse, que ce soit un gros bloc ou un volume d’eau, vous investissez de l’énergie dans cette masse. Grâce à la gravité, cette énergie reste stockée jusqu’à ce que l’objet tombe. À tout moment, vous pouvez le laisser descendre de manière contrôlée, en utilisant un générateur ou une turbine pour convertir l’énergie cinétique descendante en électricité.

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Contrairement à l’énergie chimique des batteries, qui se dégrade au fil des cycles, l’énergie potentielle gravitationnelle ne s’estompe pas avec le temps. Tant que les pièces mécaniques restent fonctionnelles, l’énergie stockée peut être libérée à la demande.

Les premiers systèmes de stockage par gravité existent depuis plus d’un siècle sous forme de systèmes hydroélectriques pompés. Ils pompent l’eau vers le haut lorsque l’énergie est bon marché ou abondante, puis la libèrent vers le bas à travers des turbines lorsque la demande en électricité atteint un pic. Ce processus peut être très efficace et fiable, mais il nécessite une géographie spécifique, avec des réservoirs élevés et de grands bassins d’eau.

Initiative audacieuse de la Chine avec EVx

Le projet le plus emblématique de cette transition vers le stockage par gravité se trouve à Rudong, en Chine. Un partenariat entre Energy Vault, une entreprise suisse, et le gouvernement chinois a donné naissance au système EVx. Ce bâtiment mécanique imposant, mesurant plus de 120 mètres de haut, soulève d’énormes blocs de 24 tonnes lorsque l’énergie est excédentaire. Lorsque le réseau a besoin de plus de puissance, les blocs sont abaissés pour convertir leur énergie potentielle en électricité.

Le système EVx présente une puissance de pointe de 25 MW et une capacité totale de 100 MWh, avec une efficacité de cycle supérieur à 80 %. Sa durée de vie estimée à 35 ans en fait une solution robuste à long terme. Chaque bloc est fabriqué à partir de matériaux disponibles localement, tels que la terre, le sable ou des déchets recyclés, réduisant ainsi les coûts par rapport aux importations de lithium ou d’autres métaux rares.

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Alors que la Chine s’oriente fortement vers les énergies renouvelables, plusieurs projets EVx sont prévus, allant de systèmes de 100 MWh à 660 MWh, et même une installation proposée de 2 GWh en Mongolie intérieure. L’investissement total pour ces installations dépasse un milliard de dollars américains.

Les racines de l’hydroélectricité pompée et les leçons apprises

Les batteries gravitationnelles ne sont pas un concept entièrement nouveau. Le stockage par hydroélectricité pompée, une technologie centenaire, soulève de l’eau d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur en utilisant l’énergie excédentaire, puis la libère pour générer de l’électricité à la demande. Des exemples historiques, tels que l’installation de pompage-stockage de Schaffhausen, en Suisse, datant de 1907, mettent en évidence la longévité de ces systèmes, qui atteignent souvent ou dépassent 90 % d’efficacité.

Néanmoins, l’hydroélectricité pompée nécessite des caractéristiques géographiques spécifiques : de grands bassins d’eau à des altitudes très différentes. La construction de nouveaux barrages peut être controversée en raison de préoccupations environnementales, sociales et de biodiversité.

Les batteries gravitationnelles utilisant des blocs solides contournent ces problèmes en éliminant le besoin d’eau ou de terrains montagneux. Tant qu’il y a suffisamment d’espace vertical dans les bâtiments hauts ou les puits souterrains, elles peuvent être installées dans plus d’endroits que l’hydroélectricité pompée.

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Les défis et les limites pratiques

Malgré leur potentiel, les batteries gravitationnelles ne sont pas une solution universelle. Pour le stockage d’énergie à l’échelle domestique, la physique impliquée rend les systèmes de gravité plus petits inefficaces. Dans une étude, des étudiants en ingénierie ont tenté de soulever une masse de béton de 2 000 kg dans une maison, mais ont découvert qu’elle stockait l’énergie équivalente à seulement 12 piles AA.

Construire quelque chose de suffisamment grand pour un stockage domestique substantiel serait prohibitivement coûteux et structurellement complexe. À l’échelle du réseau, le principal inconvénient du stockage gravitationnel est le coût initial élevé. Bien que les dépenses d’exploitation à long terme puissent être inférieures à celles des batteries au lithium-ion, convaincre les investisseurs de s’engager dans un projet à capital élevé n’est pas toujours facile.

De plus, l’usure physique des composants mécaniques tels que les treuils, les câbles, les poulies ou les ascenseurs peut poser un problème au fil des décennies d’exploitation. Cependant, les partisans notent que l’entretien régulier est simple par rapport aux défis du recyclage des batteries chimiques.

Alors que le paysage énergétique continue d’évoluer, les batteries gravitationnelles pourraient jouer un rôle clé dans la transition vers des solutions de stockage plus durables et moins dépendantes des ressources rares. Leur développement et leur adoption soulèvent la question de savoir comment cette technologie pourrait transformer notre approche de l’énergie et de sa durabilité à long terme.