Peut-on emmagasiner l’électricité pour plus tard?

Éoliennes avec système de stockage d'énergie (Petmal, iStockphoto)

Sciences environnementales, Énergies nouvelles, Physique, Électricité

8.1

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Les centrales produisent parfois trop d’électricité. Certaines technologies permettent de stocker l’excédent d’électricité et de le libérer pour répondre à la demande.

Tu utilises probablement une grande quantité d’électricité chaque jour. Peut-être même que tu en utilises pour lire cet article! Nous utilisons une quantité variable d’électricité pendant la journée. Par moment, nous en utilisons un peu. À d’autres moments, nous en utilisons beaucoup.

Parfois, la quantité d’électricité produite par les centrales électriques dépasse nos besoins. Si nous ne l’utilisons pas, elle est gaspillée. Tout cela, parce que nous ne pouvons pas stocker l’énergie électrique.

Comment éviter un tel gaspillage? Eh bien, nous pouvons convertir cette énergie en d’autres formes qui peuvent être stockées. Par exemple, les piles peuvent convertir l’énergie électrique en énergie potentielle chimique. D’autres systèmes peuvent convertir l’énergie électrique en d’autres types d’énergie. Parmi les exemples, on compte l’énergie potentielle mécanique et gravitationnelle. Nous pouvons ensuite les convertir en énergie électrique lorsque nous en avons besoin.

Jetons un coup d’œil au fonctionnement de ces technologies de stockage d’énergie.

Le savais-tu?

Le marché du stockage d’énergie est en croissance. Selon les chercheurs, sa taille sera 13 fois plus importante en 2024, comparativement à 2019!

Qu’est-ce que le stockage d’énergie potentielle chimique?

Les piles sont constituées d’une cellule électrochimique. Ces cellules peuvent emmagasiner l’énergie chimique. Elles peuvent aussi la convertir en énergie électrique.

Attention aux idées fausses!

Pile, batterie ou accumulateur?

À la base, une pile est composée d’une seule cellule électrochimique. Lorsqu’on joint plusieurs piles, on obtient une batterie. Avec un accumulateur, on peut recharger une cellule électrochimique en inversant la réaction chimique qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique. Habituellement, vous devons combiner plusieurs accumulateurs pour créer une batterie d’accumulateur, mais communément, nous utilisons le terme batterie rechargeable.

Tu utilises probablement beaucoup de piles et batteries. Tu possèdes peut-être une lampe de poche alimentée par des piles alcalines. Les téléphones intelligents et les ordinateurs portables fonctionnent avec des batteries au lithium-ion. Mais les batteries peuvent aussi être beaucoup plus grosses que celles de vos appareils.

Présentement, deux types de batteries rechargeables (accumulateurs) sont considérées pour stocker l’énergie à grande échelle :

Les batteries contenant des piles à électrolyte ou état solide qui emmagasinent l’énergie dans un électrolyte solide.
Les batteries à flux emmagasinent l’énergie dans un électrolyte liquide.

Le savais-tu?

Les piles à combustible microbiennes utilisent des bactéries pour produire de l’énergie!

Qu’est-ce que le stockage d’énergie potentielle mécanique?

Un volant d’inertie est un dispositif mécanique. Il pivote et emmagasine l’énergie. D’abord, l’énergie électrique sert à le faire tourner. La rotation crée de l’énergie cinétique. Puis, l’énergie électrique est interrompue. Mais, grâce à l’inertie, le volant d’inertie continuera de tourner. Par la suite, l’énergie cinétique peut être retransformée en énergie électrique.

Le savais-tu?

La rotation des volants d’inertie peut atteindre jusqu’à 60 000 révolutions par minute!

Qu’est-ce que le stockage d’énergie potentielle gravitationnelle?

Il existe plusieurs façons de stocker l’énergie à grande échelle. La plus populaire est de stocker l’énergie hydroélectrique par pompage. On s’en sert dans certaines centrales hydroélectriques. Une pompe et un réservoir contrôlent la quantité d’eau qui se rend jusqu’aux turbines.

Les systèmes d’énergie hydraulique par pompage aspirent l’eau au moyen de pompes vers une zone de rétention appelée réservoir. Ce réservoir est situé au-dessus de la turbine. L’eau est relâchée lorsqu’une plus grande quantité d’énergie est nécessaire. La gravité tire l’eau vers le bas. Cela fait tourner la turbine et produit de l’électricité.

Habituellement, l’eau est aspirée par pompage jusqu’au réservoir lorsque la demande d’énergie est faible. L’eau est libérée lorsque la demande énergétique est forte.

Comment fonctionne une station de transfert d'énergie par pompage (2014) de EDF (1 min 7 s).

Les technologies de stockage d’énergie s’améliorent continuellement. Elles permettent d’améliorer la fiabilité et l’efficacité des réseaux d’électricité. Faites une recherche afin d’en apprendre davantage sur votre réseau d’électricité local. Est-ce qu’il utilise des technologies de stockage?

Amorces de discussion

Quelle utilisation fais-tu de l’énergie électrique dans ta vie de tous les jours? Quelle quantité provient de l’énergie emmagasinée?
Sais-tu s’il y a des réservoirs hydroélectriques dans ta région?
Penses-tu utiliser la même quantité d’énergie électrique chaque jour? Peux-tu préciser?

Quelles seraient les répercussions sur ta vie si l’énergie ne pouvait pas être emmagasinée et si la quantité d’énergie électrique pouvant être utilisée par jour était limitée? Peux-tu préciser?
Est-ce que notre capacité à stocker l’énergie a une incidence sur la nécessité de conserver l’énergie? Peux-tu préciser?
Que se produirait-il s’il n’y avait pas assez d’énergie pour répondre aux demandes de la société? Peux-tu préciser?
La production et le stockage d’énergie électrique s’accompagnent souvent de la construction d’infrastructures, d’aménagement du territoire, de déforestation, etc. Quels sont les éléments devant être pris en considération avant d’entamer ces travaux?

Pense à un appareil électrique que tu utilises chaque jour. D’où cet appareil tire-t-il son énergie? Est-il capable de stocker de l’énergie? Comment?
Comment peut-on emmagasiner l’énergie pour accroître la durabilité d’un réseau électrique?
Peux-tu décrire le processus de conversion énergétique pour chacune des technologies de stockage d’énergie suivantes : batterie rechargeable, volant d’inertie et énergie hydroélectrique par pompage.
Comment les gens qui exploitent une centrale électrique savent-ils quand augmenter ou réduire la quantité d’électricité qui est transmise?

Cet article peut servir à appuyer l’enseignement et l’apprentissage de notions en physique, en électricité et en énergies alternatives se rapportant au stockage d’énergie, à la production d’électricité, aux sources d’énergie, à l’énergie cinétique et potentielle et aux modes de transformation de l’énergie. Les concepts abordés comprennent les technologies de stockage d’énergie, l’électrode, l’électrolyte, le volant d’inertie, la turbine et le réservoir.
En guise d’introduction à ce sujet, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves s’ils utilisent la même quantité d’énergie chaque jour. Les élèves pourraient discuter en équipe ou en groupe des raisons pour lesquelles leur consommation d’énergie varie d’un jour à l’autre.
Pour consolider l’apprentissage après la lecture de cet article et le visionnement de la vidéo, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage de la toile de définition du concept pour les technologies de stockage d’énergie. Une fiche reproductible de la Toile de définition du concept prête à utiliser est accessible en format [Document Google] et [PDF].
Pour consolider l’apprentissage, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves de créer un organisateur graphique ou une infographie qui donne un aperçu de la transmission d’électricité entre la source et les utilisateurs, y compris les possibilités de stockage d’énergie. Pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage sur l’exécution d’infographie, consultez la stratégie d’apprentissage Créateur d’infographie.
Pour consolider encore plus l’apprentissage sur ce sujet, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves de remplir un Billet de sortie. Une fiche reproductible prête à utiliser pour cette stratégie d’apprentissage peut être téléchargée en format [Document Google] et [PDF].

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Quelle utilisation fais-tu de l’énergie électrique dans ta vie de tous les jours? Quelle quantité provient de l’énergie emmagasinée?
Sais-tu s’il y a des réservoirs hydroélectriques dans ta région?
Penses-tu utiliser la même quantité d’énergie électrique chaque jour? Peux-tu préciser?

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Quelles seraient les répercussions sur ta vie si l’énergie ne pouvait pas être emmagasinée et si la quantité d’énergie électrique pouvant être utilisée par jour était limitée? Peux-tu préciser?
Est-ce que notre capacité à stocker l’énergie a une incidence sur la nécessité de conserver l’énergie? Peux-tu préciser?
Que se produirait-il s’il n’y avait pas assez d’énergie pour répondre aux demandes de la société? Peux-tu préciser?
La production et le stockage d’énergie électrique s’accompagnent souvent de la construction d’infrastructures, d’aménagement du territoire, de déforestation, etc. Quels sont les éléments devant être pris en considération avant d’entamer ces travaux?

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Comment peut-on emmagasiner l’énergie pour accroître la durabilité d’un réseau électrique?
Peux-tu décrire le processus de conversion énergétique pour chacune des technologies de stockage d’énergie suivantes : batterie rechargeable, volant d’inertie et énergie hydroélectrique par pompage.
Comment les gens qui exploitent une centrale électrique savent-ils quand augmenter ou réduire la quantité d’électricité qui est transmise?

Suggestions pour l'enseignement

Cet article peut servir à appuyer l’enseignement et l’apprentissage de notions en physique, en électricité et en énergies alternatives se rapportant au stockage d’énergie, à la production d’électricité, aux sources d’énergie, à l’énergie cinétique et potentielle et aux modes de transformation de l’énergie. Les concepts abordés comprennent les technologies de stockage d’énergie, l’électrode, l’électrolyte, le volant d’inertie, la turbine et le réservoir.
En guise d’introduction à ce sujet, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves s’ils utilisent la même quantité d’énergie chaque jour. Les élèves pourraient discuter en équipe ou en groupe des raisons pour lesquelles leur consommation d’énergie varie d’un jour à l’autre.
Pour consolider l’apprentissage après la lecture de cet article et le visionnement de la vidéo, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage de la toile de définition du concept pour les technologies de stockage d’énergie. Une fiche reproductible de la Toile de définition du concept prête à utiliser est accessible en format [Document Google] et [PDF].
Pour consolider l’apprentissage, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves de créer un organisateur graphique ou une infographie qui donne un aperçu de la transmission d’électricité entre la source et les utilisateurs, y compris les possibilités de stockage d’énergie. Pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage sur l’exécution d’infographie, consultez la stratégie d’apprentissage Créateur d’infographie.
Pour consolider encore plus l’apprentissage sur ce sujet, les enseignants et enseignantes pourraient demander aux élèves de remplir un Billet de sortie. Une fiche reproductible prête à utiliser pour cette stratégie d’apprentissage peut être téléchargée en format [Document Google] et [PDF].

Stockage de l’énergie
Cette page de L'Association canadienne de l’électricité explique brièvement plusieurs méthodes de stockage de l’électricité et donne des renseignements sur les coûts.

Hydroélectricité Canada
Brève description des avantages de l’hydroélectricité, avec des photos fournies par l’association de l’industrie.

Stockage de l’électricité : où en est la recherche mondiale? (2019)
Aperçu des expériences menées en Europe et aux États-Unis à l’égard du stockage de l’énergie par Les-SmartGrids.fr.

Stockage de l'énergie: évolution des batteries (2017)
Cette page d'Éduscol relate l’histoire des méthodes de stockage d’énergie par batterie.