La gravité pourrait résoudre le principal inconvénient de l'énergie propre
Trouver de l'énergie verte lorsque les vents sont calmes et que le ciel est nuageux a été un défi. Le stockage de cette énergie dans des blocs de béton géants pourrait être la solution.
Dans une vallée suisse, une grue inhabituelle à plusieurs bras soulève deux blocs de béton de 35 tonnes dans les airs. Les blocs remontent délicatement le long du cadre en acier bleu de la grue, où ils sont suspendus de part et d'autre d'un bras horizontal de 66 mètres de large. Il y a trois bras au total, chacun abritant les câbles, les treuils et les crochets nécessaires pour hisser une autre paire de blocs dans le ciel, ce qui donne à l'appareil l'apparence d'un insecte métallique géant soulevant et empilant des briques avec des toiles d'acier. Bien que la tour fasse 75 mètres de haut, elle est facilement éclipsée par les flancs boisés des Alpes lépontines du sud de la Suisse, qui s'élèvent du fond de la vallée dans toutes les directions.
Trente mètres. Trente-cinq. Quarante. Les blocs de béton sont lentement hissés vers le haut par des moteurs alimentés par l'électricité du réseau suisse. Pendant quelques secondes, ils sont suspendus dans l'air chaud de septembre, puis les câbles d'acier qui les retiennent commencent à se dérouler et ils entament leur lente descente pour rejoindre les quelques dizaines de blocs similaires empilés au pied de la tour. C'est le moment pour lequel cette danse élaborée d'acier et de béton a été conçue. À mesure que chaque bloc descend, les moteurs qui le soulèvent se mettent à tourner en sens inverse, générant de l'électricité qui circule dans les câbles épais qui courent le long de la grue jusqu'au réseau électrique. Pendant les 30 secondes au cours desquelles les blocs descendent, chacun d'entre eux produit environ un mégawatt d'électricité, soit suffisamment pour alimenter environ 1 000 foyers.
Cette tour est un prototype de la société suisse Energy Vault, l'une des nombreuses start-ups qui trouvent de nouvelles façons d'utiliser la gravité pour produire de l'électricité. Une version grandeur nature de cette tour pourrait contenir 7 000 briques et fournir suffisamment d'électricité pour alimenter plusieurs milliers de foyers pendant huit heures. Le stockage de l'énergie de cette manière pourrait contribuer à résoudre le plus gros problème auquel se heurte la transition vers l'électricité renouvelable : trouver un moyen sans émission de carbone de garder les lumières allumées lorsque le vent ne souffle pas et que le soleil ne brille pas. "Le plus grand obstacle que nous rencontrons est l'obtention d'un stockage à faible coût", déclare Robert Piconi, PDG et cofondateur d'Energy Vault.
Si nous ne parvenons pas à décarboniser l'approvisionnement en électricité dans le monde, nous n'atteindrons jamais l'objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici 2050. La production d'électricité et de chaleur représente un quart de toutes les émissions mondiales et, comme presque toutes les activités imaginables nécessitent de l'électricité, l'assainissement des réseaux électriques a d'énormes répercussions. Si notre électricité devient plus verte, il en va de même pour nos maisons, nos industries et nos systèmes de transport. Cela deviendra d'autant plus important que de plus en plus d'éléments de notre vie s'électrifient, notamment le chauffage et les transports, qu'il sera difficile de décarboniser autrement. Selon l'Agence internationale de l'énergie atomique, cette électrification devrait doubler la production d'électricité d'ici à 2050. Mais si nous ne disposons pas d'un moyen facile de stocker de grandes quantités d'énergie et de les libérer lorsque nous en avons besoin, nous ne pourrons peut-être jamais nous défaire de notre dépendance à l'égard des centrales électriques à combustibles fossiles, sales et polluantes.
C'est là que le stockage de l'énergie par gravité entre en jeu. Les partisans de cette technologie affirment que la gravité apporte une solution élégante au problème du stockage. Plutôt que de s'appuyer sur des batteries au lithium-ion, qui se dégradent avec le temps et nécessitent des métaux de terres rares qu'il faut extraire du sol, Piconi et ses collègues affirment que les systèmes gravitationnels pourraient fournir une réserve d'énergie bon marché, abondante et durable que nous négligeons actuellement. Mais pour le prouver, ils devront mettre au point une toute nouvelle méthode de stockage de l'électricité, puis convaincre une industrie qui mise déjà sur les batteries lithium-ion que l'avenir du stockage passe par des poids extrêmement lourds tombant de très haut.
Andrea Pedretti, directeur de la technologie d'Energy Vault, et Robert Piconi, directeur général et cofondateur. Photo : Spencer Lowell
Le site d'essai d'Energy Vault se trouve dans une petite ville appelée Arbedo-Castione, au Tessin, le plus méridional des 26 cantons suisses et le seul où la seule langue officielle est l'italien. Les contreforts des Alpes suisses sont un lieu approprié pour une start-up de stockage d'énergie par gravité : Un court trajet en voiture vers l'est depuis les bureaux d'Energy Vault vous mènera au barrage de Contra, un édifice en béton rendu célèbre dans la scène d'ouverture de GoldenEye, où James Bond saute à l'élastique le long de la paroi du barrage, haute de 220 mètres, pour infiltrer une installation soviétique top secrète d'armes chimiques. Juste au nord d'Arbedo-Castione, un autre barrage imposant bloque la haute vallée de Blenio, retenant les eaux du réservoir de Luzzone.
L'eau et la hauteur : la Suisse dispose de ces deux ressources en abondance, ce qui explique pourquoi le pays a été l'un des pionniers du stockage d'énergie à grande échelle le plus ancien et le plus utilisé de la planète : l'hydroélectricité par pompage. C'est dans l'extrême nord de la Suisse que se trouve la plus ancienne installation de pompage hydroélectrique en service au monde. Construite en 1907, la centrale hydroélectrique pompée d'Engeweiher fonctionne sur le même principe de base que la tour d'Energy Vault. Lorsque l'approvisionnement en électricité est abondant, l'eau est pompée vers le haut à partir du Rhin voisin pour remplir le réservoir d'Engeweiher de 90 000 mètres cubes. Lorsque la demande d'énergie est maximale, une partie de cette eau est libérée par un ensemble de vannes et plonge vers une centrale hydroélectrique, où le mouvement descendant de l'eau fait tourner les pales d'une turbine et produit de l'électricité. L'Engeweiher est aujourd'hui un lieu de beauté local, apprécié des joggeurs et des promeneurs de chiens de la ville voisine de Schaffhouse, mais l'hydroélectricité par pompage a beaucoup évolué depuis le début du XXe siècle. Plus de 94 % des installations de stockage d'énergie à grande échelle dans le monde sont des centrales hydroélectriques par pompage, construites pour la plupart entre les années 1960 et 1990 pour exploiter l'électricité bon marché produite par les centrales nucléaires fonctionnant pendant la nuit.
La simplicité de l'hydroélectricité par pompage en a fait un point de départ évident pour Bill Gross, entrepreneur en série et fondateur de l'incubateur de start-ups Idealab, basé en Californie. "J'ai toujours voulu trouver un moyen de fabriquer ce que je pensais être un barrage artificiel. Comment pouvons-nous prendre les propriétés d'un barrage, qui sont si formidables, mais le construire où nous voulons", explique-t-il. Bien que de nouvelles centrales hydroélectriques par pompage soient encore construites, cette technologie présente de gros inconvénients. Les nouveaux projets prennent des années à planifier et à construire, et ils ne fonctionnent que dans les endroits où la hauteur et l'eau sont abondantes. M. Gross voulait recréer la simplicité de l'hydroélectricité par pompage, mais d'une manière qui permette de construire le stockage n'importe où. En 2009, il a cofondé une startup appelée Energy Cache, qui prévoyait de stocker de l'énergie en soulevant des sacs de gravier sur les pentes des collines à l'aide d'un téléski bricolé. Gross et son cofondateur Aaron Fyke ont fini par construire un petit prototype de l'appareil en 2012 sur une colline à Irwindale, en Californie, mais ils ont eu du mal à trouver des clients et peu après, la startup a fermé ses portes. "Pendant des années, j'ai pensé à ça. J'en étais attristé", dit-il. "Mais je continuais à penser que la vraie chose que le stockage d'énergie doit avoir, c'est que vous devez pouvoir le mettre où vous voulez". Pendant que Gross ruminait l'échec de sa startup, les arguments en faveur du stockage d'énergie ne faisaient que se renforcer. Entre 2010 et 2016, le coût de l'électricité solaire est passé de 38 cents (28p) par kilowattheure à seulement 11 cents. Gross s'est convaincu qu'il était peut-être temps de revenir à son idée de stockage par gravité, avec une nouvelle startup et un nouveau design. Et il savait exactement qui il voulait pour le construire.
Les blocs soulevés par l'unité de démonstration commerciale se branchent sur les blocs situés en dessous : Giovanni Frondoni
Andrea Pedretti a l'habitude de construire des structures improbables. Dans l'entreprise de génie civil de sa famille au Tessin, il a participé à la construction de la scène principale du festival annuel de jazz de Kongsberg en Norvège : une couverture flottante en PVC de 20 mètres de haut avec une corne bombée qui déverse du son sur la place de la ville. En 2016, Pedretti a reçu un appel de Gross lui demandant de l'aider à concevoir un type de structure très différent : un dispositif de stockage d'énergie qui recréerait l'hydroélectricité par pompage sans avoir besoin de montagnes. Le duo a commencé à ébaucher des idées de structures, à calculer le coût de construction de chacune d'elles et à discuter des conceptions au cours de fréquents appels entre le Tessin et la Californie. "Gross] est toujours obsédé par la réduction du coût de tout - il est très doué pour cela", déclare Pedretti, aujourd'hui directeur technique d'Energy Vault. L'une de leurs premières conceptions a pris la forme d'un réservoir à parois d'acier de 100 mètres de haut et de 30 mètres de large, où l'eau serait pompée jusqu'au sommet, puis relâchée pour replonger au fond, faisant tourner une turbine reliée à un générateur. Plus tard, ils ont envisagé de construire une série de bacs en plastique surélevés qui s'inclineraient lorsque l'eau descendrait entre les niveaux. Aucune de ces conceptions ne permettant de réduire suffisamment le coût, Pedretti et Gross sont revenus à l'une de leurs toutes premières idées : utiliser une grue pour soulever et faire tomber des poids. Les grues sont bon marché et la technologie est partout, a raisonné Pedretti. De cette façon, ils n'auraient pas à réinventer la roue juste pour faire décoller leur idée.
La partie la plus délicate, cependant, serait de trouver un moyen de soulever et d'empiler les poids de manière autonome. Le système de stockage fonctionnerait en empilant des milliers de blocs en anneaux concentriques autour d'une tour centrale, ce qui nécessiterait un placement des blocs au millimètre près et la capacité de compenser le vent et l'effet de balancier provoqué par un poids lourd se balançant au bout d'un câble. Sur la tour de démonstration d'Arbedo-Castione, les chariots qui tiennent les câbles qui soulèvent les briques vont et viennent pour compenser ce mouvement. Le tableau noir du bureau de Pedretti à Westlake Village, en Californie, est encore couvert d'équations qu'il a utilisées pour déterminer la meilleure façon de soulever et d'empiler les blocs en douceur.
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En juillet 2017, Pedretti s'est rendu sur Internet et a acheté une grue vieille de 40 ans pour 5 000 €. "Elle était rouillée, mais elle était bien. Elle faisait le travail", raconte-t-il. Avec son collègue d'Energy Vault, Johnny Zani, il a remplacé l'électronique de la grue et l'a installée dans une ville appelée Biasca, au nord du site de test actuel d'Energy Vault. Pour leur premier test du logiciel, ils ont demandé à la grue de soulever un sac de terre et de le déplacer jusqu'à un point précis situé à une courte distance. "C'était incroyable - ça a marché du premier coup. Cela ne se produit jamais ! La grue a pris le poids, l'a déplacé et s'est arrêtée exactement dix mètres plus loin", raconte M. Pedretti. Une semaine plus tard, ils ont remplacé le sac de terre par une pile de barils bleu vif et ont pris une vidéo de la grue empilant les barils. "C'est la vidéo qui a fondamentalement lancé l'entreprise", dit Pedretti.
En octobre 2017, Energy Vault était officiellement devenue une entreprise, avec Robert Piconi, un ancien cadre du secteur de la santé et un autre collaborateur de Gross, comme PDG. Ils devaient maintenant convaincre les investisseurs que leur grue de 40 ans n'était que le début d'une entreprise qui pourrait aider à résoudre le dilemme croissant de l'électricité renouvelable dans le monde.
L'unité commerciale de démonstration d'Energy Vault, haute de 75 mètres, de nuit, à Arbedo-Castione (Suisse) : Giovanni Frondoni
Nous vivons une révolution dans la production d'électricité. Dans de nombreuses régions du monde, l'ère de la combustion de combustibles fossiles pour produire de l'électricité touche à sa fin. En 2020, le Royaume-Uni a battu le record de 67 jours sans allumer l'une de ses rares centrales à charbon, un exploit stupéfiant pour un pays qui produisait un tiers de son électricité à partir du charbon il y a moins de 10 ans. Depuis 2010, le déploiement rapide de l'énergie éolienne et solaire a fait passer la part de l'électricité mondiale produite par des énergies renouvelables de 20 % à un peu moins de 29 %. Selon l'Agence internationale de l'énergie, d'ici 2023, la capacité éolienne et solaire totale installée dépassera celle du gaz naturel. En 2024, elle dépassera le charbon et, un an plus tard, l'ensemble des énergies renouvelables deviendra la première source de production d'électricité dans le monde. "Si nous voulons sérieusement tenter de lutter contre le changement climatique, nous avons intérêt à nous orienter vers un système à forte pénétration des énergies renouvelables", déclare Dharik Mallapragada, chercheur à l'Energy Initiative du Massachusetts Institute of Technology. "C'est notre meilleure carte du point de vue technologique. Il suffit de déployer autant d'énergie éolienne et solaire dans le système que nous le pouvons. "
La course à la décarbonisation de nos réseaux pose des défis auxquels nous n'avons jamais été confrontés auparavant. Le fonctionnement d'un réseau électrique est un acte de haute voltige où la production d'électricité doit être soigneusement équilibrée avec la demande à tout moment. Le système est toujours sur le point de se déséquilibrer dangereusement. Si l'on produit trop d'électricité, le réseau s'effondre. Si l'on produit trop peu d'électricité, le réseau s'effondre. C'est exactement ce qui s'est passé au Texas en février 2021, lorsque l'une des tempêtes hivernales les plus froides depuis des décennies a frappé l'État. Les Texans se sont empressés d'augmenter leur chauffage et de se défendre contre des températures si basses que les pipelines menant aux centrales à gaz et nucléaires ont gelé. Alors que la demande augmentait et que l'offre chutait aux premières heures du 15 février, le personnel de la salle de contrôle de l'ERCOT (Electrical Reliability Council of Texas) a appelé frénétiquement les compagnies d'électricité pour leur demander de couper le courant à leurs clients. Des millions de Texans sont restés sans électricité pendant plusieurs jours. Certains sont morts d'hypothermie chez eux en attendant que le courant revienne. Quelques jours après la crise, le directeur général de l'ERCOT, Bill Magness, a admis que l'ensemble du réseau n'était qu'à "quelques secondes et minutes" d'une panne incontrôlée qui aurait pu priver des dizaines de millions de résidents d'électricité pendant plusieurs semaines.
Les réseaux à forte proportion d'énergie éolienne et solaire sont sensibles aux variations soudaines de l'approvisionnement en électricité. Lorsque le ciel s'assombrit ou que les vents se calment, cette production d'électricité disparaît tout simplement du réseau, laissant les services publics combler le vide à l'aide de combustibles fossiles. La situation inverse pose également des problèmes. Environ 32 % de l'électricité californienne est produite à partir d'énergies renouvelables, mais lors des journées fraîches de printemps, lorsque le ciel est dégagé et que les vents sont réguliers, ce pourcentage peut atteindre près de 95 %. Malheureusement, l'énergie solaire atteint son maximum vers midi, quelques heures avant que la demande d'électricité n'atteigne son niveau le plus élevé, lorsque les gens rentrent du travail, montent la climatisation et allument la télévision. Comme l'énergie solaire n'est pas produite tard dans la soirée, ce pic de demande est généralement satisfait par des centrales au gaz. Lorsque des chercheurs de l'Independent System Operator de Californie ont représenté sur un graphique cet écart entre la production solaire et le pic de demande d'énergie, ils ont remarqué que la ligne traçait le ventre rond et le cou fin d'un canard, et ont baptisé l'une des complications les plus contrariantes des énergies renouvelables la "courbe du canard". Cette courbe mignonne est un tel problème que la Californie doit parfois payer les États voisins pour qu'ils lui prennent l'énergie solaire excédentaire afin d'éviter de surcharger ses lignes électriques. À Hawaï, où la différence entre le pic de production d'électricité solaire et le pic de demande est encore plus prononcée, cette courbe a un autre nom : la "courbe de Nessie".
Tous ces problèmes sont dus à une bizarrerie fondamentale de l'électricité : Il est impossible de la stocker. Une étincelle d'électricité produite dans une centrale au charbon ne peut rester immobile ; elle doit aller quelque part. Pour maintenir l'équilibre des réseaux, les gestionnaires de réseau doivent constamment faire correspondre l'offre et la demande, mais plus vous ajoutez d'énergie éolienne et solaire au réseau, plus vous introduisez d'incertitude dans ce processus d'équilibrage. Les services publics se protègent contre ce phénomène en conservant des centrales électriques à combustibles fossiles pour fournir une énergie fiable chaque fois que cela est nécessaire. Le stockage de l'énergie offre un moyen de sortir de cette impasse. En convertissant l'énergie électrique en une autre forme d'énergie - énergie chimique dans une batterie lithium-ion ou énergie potentielle gravitationnelle dans l'une des briques suspendues d'Energy Vault - vous pouvez conserver cette énergie et la déployer exactement quand vous en avez besoin. De cette façon, vous tirez davantage de valeur des sources d'énergie renouvelables et réduisez le besoin d'appoint des centrales à combustibles fossiles. "La technologie des batteries et, plus généralement, le stockage de l'énergie constituent un élément important de cette évolution vers les énergies renouvelables", explique Alex Holland, analyste technologique principal chez IDTechEx. Selon Bloomberg New Energy Finance, le stockage d'énergie est sur le point de connaître une hausse exponentielle : son rapport de 2019 prévoit une multiplication par 122 du stockage d'ici 2040, ce qui nécessiterait jusqu'à un demi-billion de livres de nouveaux investissements.
Un rendu de la manière dont les sites de centrales à charbon désaffectées pourraient être réutilisés pour les centres de résilience d'Energy Vault : Energy Vault Inc.
Même lorsque son entreprise a commencé à travailler sur la conception de la grue à bras multiples en 2018, il devenait évident pour Piconi que la prochaine version de son système de stockage d'énergie aurait besoin d'une révision majeure. Pour commencer, une tour à l'échelle réelle pèserait une quantité astronomique et nécessiterait des fondations profondes pour la maintenir stable. À eux seuls, les blocs pèseraient environ 245 000 tonnes, soit près de la moitié du poids du gratte-ciel Burj Khalifa à Dubaï. La conception exposée posait également des problèmes potentiels. Si la neige était coincée entre deux blocs, elle pouvait être compactée en glace, rendant impossible l'empilement d'autres blocs. Les tempêtes de sable pouvaient présenter un risque similaire.
Pour résoudre ces problèmes, Piconi et ses collègues ont décidé de placer leur système de stockage par gravité à l'intérieur de vastes bâtiments modulaires - un système qu'ils ont appelé EVx. Chaque bâtiment proposé mesurerait au moins 100 mètres de haut et contiendrait des milliers de poids. L'élimination de la grue simplifie la logistique du travail avec autant de poids. Au lieu d'être empilés avec précision en cercles concentriques, les poids peuvent maintenant être simplement soulevés verticalement par un système de chariots et stockés sur un rack au sommet du bâtiment jusqu'à ce qu'ils soient prêts à redescendre. La conception peut également être modifiée en fonction des besoins de stockage : Un bâtiment long mais mince fournirait beaucoup d'énergie sur une période relativement courte, tandis qu'en ajoutant de la largeur au bâtiment, on augmenterait la durée pendant laquelle il pourrait libérer de l'énergie. Un système d'un gigawattheure qui pourrait fournir à peu près assez d'énergie pour alimenter environ 100 000 foyers pendant 10 heures aurait une empreinte de 25 à 30 acres. "Je veux dire, c'est assez massif", déclare M. Piconi, mais il souligne que les systèmes sont susceptibles d'être déployés dans des endroits où l'espace ne manque pas, notamment à proximité de parcs éoliens et solaires existants. Le système suscite également l'intérêt d'industries lourdes gourmandes en énergie et désireuses d'utiliser davantage d'énergie renouvelable. Un client potentiel est un fabricant d'ammoniac au Moyen-Orient et un autre une grande entreprise minière en Australie. Selon M. Piconi, la majorité des clients achèteront le système de stockage directement, mais certains pourront le louer selon un modèle de stockage mensuel en tant que service. Jusqu'à présent, les plus gros contrats sur la table d'Energy Vault concernent de gros clients industriels. "Comme les choses ont évolué, que les gens cherchent des alternatives et que l'énergie solaire a baissé à un tel niveau, ces applications industrielles deviennent très intéressantes", explique M. Piconi.
La question la plus importante à laquelle est confrontée Energy Vault est de savoir si elle peut faire baisser le coût de ses bâtiments au point de faire de la gravité la forme la plus intéressante de stockage de l'énergie. Depuis 1991, le coût des batteries lithium-ion a chuté de 97 %, et les analystes s'attendent à ce que ce prix continue de baisser dans les décennies à venir. "En réalité, toute technologie de stockage doit concurrencer le lithium-ion, car ce dernier est sur une trajectoire de réduction des coûts incroyable", déclare Oliver Schmidt, chercheur invité à l'Imperial College de Londres. Au cours des deux prochaines décennies, des centaines de millions de véhicules électriques sortiront des chaînes de production, et presque chacun d'entre eux contiendra une batterie lithium-ion. À la mi-2018, la Gigafactory de Tesla produisait plus de 20 gigawattheures de batteries au lithium-ion par an, soit plus que la totalité du stockage de batteries à l'échelle du réseau installé dans le monde entier. L'essor des véhicules électriques fait baisser le coût du lithium-ion, et le stockage d'énergie suit le mouvement.
Le prix des systèmes d'Energy Vault pourrait ne pas être si loin de la baisse. Chaque installation nécessitera la construction d'un nouveau bâtiment, bien que M. Gross indique que l'équipe travaille déjà sur des moyens de réduire les coûts en diminuant la quantité de matériaux nécessaires et en automatisant certaines parties de la construction. L'un des avantages est le poids. Les quelques milliers de blocs de 30 tonnes de chaque système EVx peuvent être fabriqués à partir de la terre du chantier ou d'autres matériaux destinés à la mise en décharge, plus un peu de liant. En juillet 2021, Energy Vault a annoncé un partenariat avec l'entreprise énergétique italienne Enel Green Power pour utiliser la fibre de verre provenant de pales d'éoliennes mises hors service pour former une partie de ses briques. Sur son site d'essai d'Arbedo-Castione, la société dispose d'une presse à briques capable de produire un nouveau bloc toutes les 15 minutes. "C'est ce qui est formidable dans la façon dont nous avons conçu la chaîne d'approvisionnement. Il n'y a rien pour nous arrêter. C'est de la terre. C'est un déchet. Nous pouvons construire ces machines à briques en quatre mois, nous pouvons en construire 25 à 50", explique M. Piconi.
Steven Kirk, ingénieur mécanique en chef de Gravitricity, et Julie Le Négaret, ingénieur mécanique, participent à la construction du système de démonstration de 250 kW dans un puits de mine : Peter Dibdin
Gravitricity, une start-up d'Edimbourg spécialisée dans le stockage de l'énergie, a trouvé un nouveau moyen de réduire les coûts du stockage par gravité : laisser tomber ses poids dans des puits de mines désaffectés, plutôt que de construire des tours. "Nous pensons que pour que le coût, l'ingénierie et la physique fonctionnent pour des systèmes à grande échelle, nous devons utiliser la géologie de la Terre pour maintenir le poids en place", explique Charlie Blair, directeur général de Gravitricity. En avril 2021, Gravitricity a commencé les tests d'un système de démonstration de 15 mètres de haut assemblé à Leith, en Écosse, mais le premier système commercial de l'entreprise pourrait se trouver en République tchèque, où les politiciens souhaitent trouver une nouvelle utilisation pour les mines de charbon bientôt désaffectées. Un autre site potentiel est l'Afrique du Sud, qui dispose d'un grand nombre de ses propres mines, sans compter les problèmes supplémentaires que posent un réseau électrique instable et de fréquentes coupures de courant.
Gravitricity vise un autre segment du marché de l'énergie que celui d'Energy Vault : fournir de courtes rafales d'électricité à des moments cruciaux pour éviter que les infrastructures énergétiques coûteuses ne soient endommagées. Les réseaux électriques sont conçus pour fonctionner à une certaine fréquence ; les réseaux européens fonctionnent à 50 hertz tandis qu'aux États-Unis, la fréquence est de 60 hertz. Cette fréquence est maintenue par un équilibre entre l'offre et la demande sur le réseau, mais un pic soudain de l'une ou l'autre menace de faire monter ou descendre la fréquence. Dans les centrales électriques à combustibles fossiles, les turbines qui tournent agissent comme des amortisseurs, lissant les petites variations de fréquence pendant que les opérateurs augmentent ou diminuent l'offre d'énergie pour répondre à la demande. Les centrales solaires et éoliennes ne fonctionnent pas de cette manière. Lorsqu'elles cessent de produire de l'électricité, les réseaux ont besoin d'une autre source d'énergie pour intervenir rapidement afin de maintenir la fréquence pendant que la production est augmentée ailleurs. Selon M. Blair, les systèmes de Gravitricity seront capables de réagir aux changements de fréquence en moins d'une seconde, et la combinaison de son système avec d'autres technologies pourrait raccourcir encore ce temps de réponse. Ce service, appelé réponse en fréquence, est si crucial que les opérateurs de réseaux électriques paient une prime importante pour les entreprises capables de réagir en une fraction de seconde.
Le moment du stockage de l'énergie par gravité est-il enfin arrivé ? Au cours de la dernière décennie, de multiples startups spécialisées dans la gravité ont été lancées, ont échoué, puis sont réapparues sous différentes formes. Aucune d'entre elles n'a encore vendu et construit un système pour un client, bien qu'Energy Vault ait signé huit contrats avec plusieurs projets qui devraient commencer d'ici le milieu de l'année 2022. En septembre 2021, la société a annoncé qu'elle serait bientôt cotée à la Bourse de New York après une fusion avec une société d'acquisition à achat spécial (SPAC) : une alternative en vogue à l'introduction en bourse qui offre aux entreprises une voie plus rapide et plus facile pour entrer en bourse. La société à l'origine de la cotation d'Energy Vault, Novus Capital, est également à l'origine d'une autre SPAC qui a introduit en bourse la société de technologie agricole AppHarvest en février 2021. Depuis lors, le cours de l'action d'AppHarvest a connu une chute spectaculaire, et la société fait maintenant l'objet d'un recours collectif alléguant que l'entreprise a trompé les investisseurs sur ses résultats financiers prévisionnels.
Le dernier SPAC a évalué Energy Vault à 1,1 milliard de dollars (808 millions de livres sterling), mais certains experts ne sont pas convaincus que le potentiel de stockage d'énergie par gravité soit aussi répandu que ses partisans le suggèrent. "Il y a beaucoup d'argent flottant autour, généralement, des technologies de stockage d'énergie verte. Et je pense que vous pouvez surfer sur cette vague dans une certaine mesure", déclare Alex Holland, l'analyste d'IDTechEx. En 2019, Energy Vault a annoncé un investissement de 110 millions de dollars de la part du Vision Fund de SoftBank, bien que SoftBank n'ait versé que 25 millions de dollars de ce montant avant de mettre en pause le financement en 2020. SoftBank a ensuite réinvesti dans Energy Vault dans le cadre d'un tour de table de série C en août 2021 et à nouveau dans le cadre de la transaction SPAC. Parmi les autres investisseurs d'Energy Vault figurent Saudi Aramco Energy Ventures, Prime Movers Lab et plusieurs sociétés d'investissement.
Comme d'autres entreprises de stockage en phase de démarrage, Energy Vault a dû trouver un juste équilibre dans la façon dont elle se présente : suffisamment perturbatrice pour attirer les investisseurs à la recherche de la prochaine grande nouveauté, mais suffisamment fiable et bon marché pour que les services publics envisagent de l'intégrer à leur infrastructure énergétique. D'un côté, il y a l'espoir d'un monde entièrement renouvelable, de l'autre, l'économie brute du stockage d'énergie bon marché. Sur l'un des murs des bureaux tessinois de la société, un tweet encadré de Bill Gates qualifie Energy Vault de "société passionnante". De l'autre côté du mur se trouve une autre citation encadrée, cette fois de Robert Piconi lui-même, sur la distribution de l'énergie stockée à un prix inférieur à celui des combustibles fossiles.
M. Schmidt a également été surpris de voir que la société était évaluée à un milliard de dollars. Le besoin de stockage à long terme commence vraiment à se faire sentir lorsque les systèmes énergétiques sont composés de plus de 80 % d'énergie renouvelable. Ce chiffre est loin d'être atteint dans la plupart des pays. Entre-temps, nous disposons encore d'autres moyens d'atteindre la flexibilité : centrales thermiques brûlant de la biomasse avec capture du carbone, interconnexions entre les réseaux électriques et réduction de la demande d'électricité. M. Schmidt pense que le lithium-ion répondra à la plupart des besoins mondiaux en matière de stockage jusqu'à ce que les réseaux électriques nationaux atteignent 80 % d'énergies renouvelables, puis les besoins en stockage à plus long terme seront satisfaits par toute une série de technologies concurrentes, notamment les batteries à écoulement, l'air comprimé, le stockage thermique et le stockage par gravité. "Si vous ne parvenez pas à résoudre ces problèmes de stabilité, vous n'atteindrez jamais un taux de pénétration des énergies renouvelables de 80 %", explique Marek Kubik, directeur général de Fluence, une société de stockage de l'énergie qui a construit 3,4 gigawatts de batteries de stockage à l'échelle du réseau, presque toutes au lithium-ion. "Aujourd'hui, le lithium-ion est la technologie dominante en raison de la baisse des coûts, qui n'est pas due à l'industrie du stockage stationnaire mais aux véhicules électriques. C'est une force très redoutable".
Pedretti souligne toutefois que les batteries lithium-ion se dégradent avec le temps et doivent être remplacées. La gravité est une forme de stockage qui ne devrait théoriquement pas perdre de son efficacité. "Aujourd'hui, les gens pensent à court terme", dit-il. "Les politiciens, les managers, tout le monde est évalué sur les performances à court terme". Pour faire passer le monde à l'électricité renouvelable, il faudra passer d'une réflexion sur quelques années à des décennies, voire des siècles, à venir. Les personnes qui ont construit les barrages et les centrales hydroélectriques de pompage de la Suisse n'avaient pas une vision à court terme, ajoute-t-il. La centrale hydroélectrique de pompage d'Engeweiher, à Schaffhouse, est encore sous contrat pour 31 ans ; à la fin de ce contrat, elle aura été en service pendant près d'un siècle et demi. La construction du réseau électrique pour un monde sans carbone est un exercice similaire de réflexion à long terme : "Dans le passé, les personnes qui construisaient les barrages ne pensaient pas à court terme. Ils pensaient à plus long terme. Et aujourd'hui, cela fait défaut".
Publié le 4 Janvier 2022 par Matt Reynolds sur Wired
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