Le sable, un matériau simple et abondant, pourrait révolutionner le stockage de l’énergie avec la batterie de sable.
Qu’est-ce qu’une batterie de sable ?
Une batterie de sable est un système de stockage de chaleur à haute température. Elle utilise du sable ou des matériaux semblables. La batterie fonctionne comme un « réservoir de chaleur » et possède une grande capacité, notamment pour stocker l’énergie excédentaire produite par l’énergie solaire ou l’énergie éolienne.
Le principe est simple : l’électricité, à faible coût, réchauffe le sable jusqu’à 500 degrés Celsius grâce à un échangeur de chaleur enterré au milieu du réservoir. Ce processus est appelé chauffage résistif ou chauffage par effet Joule. Ensuite, le sable conserve la chaleur pendant des mois, voire des années, sans perte significative. Lorsqu’on a besoin de récupérer l’énergie, on fait circuler de l’air dans le sable chaud, qui le réchauffe à son tour. Cet air chaud peut alors être utilisé pour alimenter des turbines ou des systèmes de chauffage.
Une solution à envisager
Les batteries de sable présentent plusieurs avantages par rapport aux autres systèmes de stockage de l’énergie. Tout d’abord, elles sont écologiques, car elles utilisent un matériau abondant, bon marché et non polluant : le sable. Ensuite, elles sont économiques, car elles permettent de réduire la dépendance aux combustibles fossiles et aux importations d’électricité. Elles favorisent également l’intégration des énergies renouvelables intermittentes, comme le solaire et l’éolien, en compensant leur variabilité. Enfin, elles sont performantes. Elles offrent une grande capacité de stockage, une longue durée de vie et une faible perte d’énergie.
Les batteries de sable ne sont pas exemptes de défis techniques et logistiques. Par exemple, il faut disposer d’un espace suffisant pour installer les réservoirs de sable, qui peuvent atteindre plusieurs mètres de hauteur et de largeur. Il faut aussi veiller à la sécurité des installations, notamment en cas d’incendie ou de fuite d’air chaud. Il faut également optimiser le rendement du système, en minimisant les pertes thermiques et en maximisant la récupération de chaleur.
Des applications à définir
Les batteries de sable peuvent avoir de nombreuses applications dans différents secteurs d’activité. Par exemple, elles peuvent servir à alimenter des réseaux électriques locaux ou régionaux, en complément ou en substitution des sources conventionnelles. Elles peuvent aussi fournir de la chaleur pour des processus industriels ou agricoles, comme la fabrication de produits alimentaires ou pharmaceutiques. Elles peuvent encore contribuer au chauffage des bâtiments résidentiels ou commerciaux, en remplacement ou en complément des systèmes existants. Enfin, elles peuvent participer à la production d’hydrogène vert, en utilisant la chaleur pour réaliser l’électrolyse de l’eau.
Des acteurs qui émergent
Les batteries de sable sont encore au stade expérimental, mais plusieurs acteurs se sont lancés dans leur développement et leur déploiement. Parmi eux, on peut citer les entreprises finlandaises Polar Night Energy et Vatajankoski, qui ont créé la première batterie à sable au monde dans la ville de Kankaanpään en Finlande. Leur système est capable de stocker jusqu’à 8 mégawattheures d’énergie, pour une puissance nominale de 100 kW. Leur objectif est de fournir de l’électricité et de la chaleur à des clients locaux, tout en réduisant leur empreinte carbone. D’autres acteurs, comme la société suédoise Azelio ou la société allemande Kraftblock, travaillent également sur des solutions similaires, en utilisant du sable ou d’autres matériaux granulaires.
La société Energiestro, basée à Rochefort (Charente-Maritime), a mis au point un système de stockage thermique utilisant du béton au lieu du sable. Le béton est chauffé par l’électricité solaire et restitue la chaleur sous forme d’électricité grâce à un moteur Stirling. La société a installé un prototype de 50 kWh à La Réunion. Elle prévoit de construire un démonstrateur de 1 MWh en métropole. Le projet TESSe2b, financé par l’Union européenne, vise à développer des solutions de stockage thermique pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments résidentiels. Le projet implique plusieurs partenaires européens, dont le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et l’Université de Lorraine. L’une des solutions testées est une batterie à sable qui stocke la chaleur solaire et la restitue via un système de pompe à chaleur. Un prototype a été installé à Nancy en 2019.
Conclusion
Les batteries de sable sont une innovation prometteuse pour le stockage de l’énergie verte. Elles présentent de nombreux avantages écologiques, économiques et techniques, tout en relevant des défis importants. Elles peuvent avoir des applications variées dans différents domaines, et plusieurs acteurs sont déjà engagés dans leur développement et leur déploiement. Les batteries de sable seront-elles la clé de la transition énergétique ? L’avenir nous le dira.
Illustration en Une : © Polar Night Energy
