La Chine construit des batteries à gravité de 40 étages qui pourraient rendre le lithium obsolète

Les batteries à gravité émergent comme une solution prometteuse face aux défis énergétiques mondiaux actuels. Alors que les énergies renouvelables continuent de croître et que la demande énergétique augmente avec la montée de l’intelligence artificielle, le stockage efficace de l’énergie devient crucial. Les batteries à gravité, qui reposent sur des principes physiques simples plutôt que sur des métaux rares, offrent une alternative potentiellement plus durable et géopolitiquement neutre. Explorons comment cette technologie pourrait transformer notre paysage énergétique.

Le besoin urgent de stockage massif d’énergie

Les sources d’énergie renouvelables, telles que le solaire et l’éolien, sont capables de fournir d’énormes quantités de puissance, mais leur production est souvent imprévisible. Lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas, la production peut chuter drastiquement. Parallèlement, le développement des véhicules électriques annonce une augmentation de la demande en électricité.

Les applications croissantes de l’intelligence artificielle, qui nécessitent une puissance informatique considérable, accentuent encore davantage les besoins en énergie stable et fiable. Les réseaux électriques traditionnels peinent parfois à équilibrer ces apports fluctuants d’énergie renouvelable avec la demande croissante. Ainsi, le stockage d’énergie à grande échelle—souvent mesuré en mégawattheures (MWh) ou gigawattheures (GWh)—devient essentiel pour garantir la disponibilité de l’électricité à tout moment.

Jusqu’à présent, les batteries lithium-ion ont été une solution privilégiée. Bien qu’elles soient largement utilisées et relativement bien comprises, elles posent des problèmes. L’extraction du lithium et de certains éléments de terres rares peut être nuisible pour l’environnement et les sociétés. De plus, ces batteries se dégradent avec le temps, perdant de leur capacité, et posent des défis en matière de recyclage. Leurs coûts varient en fonction des tensions géopolitiques et des dépendances de la chaîne d’approvisionnement—la Chine contrôlant actuellement environ 72 % du marché des batteries lithium-ion. Ces facteurs poussent de nombreux gouvernements et entreprises à explorer des alternatives qui ne dépendent pas autant des matériaux extraits.

Comment fonctionnent les batteries à gravité

Une batterie à gravité tire parti de l’énergie potentielle. Chaque fois que vous soulevez une masse, qu’il s’agisse d’un gros bloc ou d’un volume d’eau, vous investissez de l’énergie dans cette masse. Grâce à la gravité, l’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 premières formes de stockage par gravité existent depuis plus d’un siècle sous la forme de systèmes hydroélectriques pompés, qui pompent l’eau vers le haut lorsque l’énergie est abondante et la libèrent vers le bas à travers des turbines lorsque la demande d’électricité atteint son pic. Le processus peut être très efficace et fiable, mais il nécessite une géographie spécifique—des réservoirs surélevés et de grands bassins d’eau—dont beaucoup de régions ne disposent pas.

En revanche, les batteries à gravité utilisant des poids solides peuvent être construites de manière plus flexible, limitées principalement par la capacité de soulever et abaisser la masse.

L’initiative audacieuse de la Chine avec EVx

L’exemple le plus frappant de ce passage au stockage par gravité se trouve à Rudong, en Chine, où un partenariat entre Energy Vault (une entreprise suisse) et le gouvernement chinois a créé le système EVx.

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Haut de plus de 120 mètres, le bâtiment EVx est une immense tour mécanique conçue pour soulever de gigantesques blocs pesant 24 tonnes lorsque l’énergie est excédentaire. Lorsque le réseau demande plus de puissance, les blocs sont abaissés et leur énergie potentielle est reconvertie en électricité.

Capacité et efficacité : Avec une puissance de sortie de 25 MW et une capacité totale de 100 MWh, l’EVx a une efficacité de cycle de plus de 80 %. Sa durée de vie opérationnelle estimée à 35 ans suggère une solution robuste à long terme.

Matériaux et construction : Chaque bloc est fabriqué à partir de substances facilement disponibles, telles que le sol, le sable ou les déchets recyclés. La construction de la tour repose sur la main-d’œuvre et les ressources locales, ce qui maintient les coûts inférieurs à ceux des importations de lithium ou d’autres métaux rares.

Alors que la Chine s’engage fortement vers l’énergie renouvelable, 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. Globalement, le coût en capital de ces installations dépasse 1 milliard d’euros.

Attrait géopolitique : La domination de la Chine sur les chaînes d’approvisionnement en lithium-ion pose un paradoxe—elle profite de la technologie existante des batteries mais voit de la valeur à prouver les concepts de batteries à gravité. Si ces systèmes gagnent en acceptation internationale, d’autres nations pourraient adopter le stockage par gravité sans s’enliser davantage dans la vaste chaîne d’approvisionnement en lithium de la Chine.

Les racines hydroélectriques et les leçons apprises

Les batteries à gravité ne sont pas un concept entièrement nouveau. Le stockage hydroélectrique pompé, une technologie centenaire, élève l’eau d’un réservoir inférieur à un réservoir supérieur en utilisant l’énergie excédentaire, puis la libère pour générer de l’électricité lorsque nécessaire. Des exemples historiques, tels que l’installation de stockage par pompage de 1907 à Schaffhouse, en Suisse, soulignent la longévité de ces systèmes, qui approchent souvent ou dépassent 90 % d’efficacité.

Néanmoins, le stockage hydroélectrique 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 des préoccupations environnementales, sociales et de biodiversité.

Les batteries à gravité utilisent des blocs solides et évitent ces problèmes en éliminant le besoin d’eau ou de terrain montagneux. Tant qu’il y a suffisamment d’espace vertical dans des bâtiments élevés ou des puits souterrains, elles peuvent être installées dans plus de lieux que le stockage hydroélectrique pompé.

Les batteries à gravité, bien qu’encore en développement, pourraient jouer un rôle crucial dans l’avenir énergétique mondial. Avec leur potentiel de durabilité et leur indépendance vis-à-vis des matériaux rares, elles offrent une alternative intrigante aux technologies de stockage actuelles. Cependant, leur adoption à grande échelle dépendra de nombreux facteurs, notamment le coût initial et l’acceptation publique. Quel sera l’impact des batteries à gravité sur notre transition vers un avenir énergétique plus propre et plus résilient ?