Sauver notre civilisation avec les batteries du futur

L’avenir de l’humanité pourrait dépendre de notre capacité à mettre fin à notre dépendance aux combustibles fossiles, énergie polluante et limitée, le plus rapidement possible. Pour nous orienter, nous et notre planète, dans la bonne direction, nous devons trouver une autre source fiable pour alimenter nos besoins en énergie.
L’énergie nucléaire pourrait apporter une solution partielle à moyen terme. Mais le fait de devoir traiter les combustibles radioactifs appauvris pendant des siècles pose les mêmes problèmes écologiques que les combustibles fossiles qu’ils remplacent. Au mieux, nous devrions considérer l’énergie nucléaire comme une transition vers des formes d’énergie plus durables.

Heureusement pour l’humanité, l’énergie renouvelable devient enfin compétitive. Mais pour qu’elle ait un véritable impact transformateur, nous devons réinventer une technologie que la plupart d’entre nous considérons comme acquise : la batterie.

Économiser de l’énergie pour plus tard

Les fournisseurs d’électricité doivent nous alimenter en permanence, en toutes circonstances. C’est le grand défi des installations d’énergie renouvelable : on ne peut pas générer d’énergie éolienne en l’absence de vent ni d’énergie solaire si le temps est nuageux, et on ne peut pas non plus régler la météo pour qu’elle augmente la production d’énergie pendant les heures de pic de consommation. Pour continuer à bénéficier d’une alimentation abondante et constante en électricité à l’ère post-fossile, nous devons trouver des moyens de stocker l’énergie hydroélectrique, solaire et éolienne pour une utilisation ultérieure et l’acheminer là où elle est requise.

Les batteries rechargeables les plus couramment utilisées aujourd’hui sont les batteries au lithium-ion. Ces batteries peuvent accumuler de grandes quantités d’énergie dans un contenant de petite taille, léger, qui se recharge rapidement, conserve la charge longtemps et peut être rechargé de nombreuses fois avant d’être usé. Cependant, les batteries ne permettent pas d’alimenter tout un réseau de distribution d’électricité. C’est pour cette raison que la recherche et le développement dans le domaine des batteries a réuni 480 millions de dollars en capital risque dans les six premiers mois de 2017.

Désormais, le stockage d’énergie nouvelle génération semble être sur le point de voir le jour. Gardons donc un œil sur ces technologies en cours de développement :

  • Batteries au graphène : une couche de graphite de l’épaisseur d’un atome qui conduit l’énergie plus rapidement et plus efficacement que n’importe quel autre matériau sur Terre. Ces batteries se chargent et se déchargent douze fois plus vite que les batteries au lithium-ion standard, peuvent se recharger complètement en un tournemain et stockent une énorme quantité d’énergie pour leur taille. Une société produit déjà des batteries au graphène pour les voitures électriques.
  • Une batterie faite à partir de sodium, minéral économique et abondant, doit être beaucoup plus grosse qu’une batterie lithium-ion pour contenir la même charge. C’est pour cette raison que les batteries au sodium ne sont pas pratiques pour les appareils portables, mais idéales pour une utilisation à domicile, dans des bâtiments de bureaux ou pour le réseau lui-même. Vous pourrez probablement acheter des batteries au sodium rentables pour stocker de l’énergie à domicile dans les années à venir.
  • La batterie lithium-soufre pourrait stocker deux à trois fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion dans le même espace, soit la même quantité d’énergie dans un contenant deux à trois fois plus petit. Pour l’instant, les batteries lithium-soufre ne durent pas longtemps, donc les chercheurs ne pensent pas qu’une version pourra être commercialisée avant cinq à dix ans.
  • Une batterie au lithium-air pourrait stocker deux fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion de la même taille (ou la même quantité dans une batterie deux fois plus petite). Comme les batteries lithium-soufre, les batteries lithium-air ont des problèmes de durée de vie. Les chercheurs pensent qu’il faudra attendre dix ans pour les résoudre.
  • Les batteries solides développées par les scientifiques de Toyota peuvent se charger ou se décharger complètement en huit minutes et, comme elles ne contiennent pas de liquide, contrairement aux autres batteries, elles devraient continuer à fonctionner sous des températures allant du point d’ébullition jusque bien au-dessous du point de congélation. Toutefois, ces batteries sont en cours de développement, et personne ne peut dire à l’heure qu’il est quand elles seront disponibles sur le marché, ni à quelles applications elles seront destinées.

Parmi d’autres nouveautés qui n’en sont qu’aux premiers stades de développement figurent les batteries à électrolyte solide polymère ignifuge, les batteries imprimées en 3D faites en mousse de cuivre, des piles à combustible à oxyde solide miniature durables et légères, des nanofils en or pouvant être rechargés 200 000 fois sans perte de capacité et un nanofilm portable qui capture et stocke de l’énergie issue de la friction et des mouvements du corps.

Des chercheurs au Royaume-Uni ont même utilisé des nanogénérateurs pour créer un téléphone qui charge ses propres batteries avec les sons ambiants, y compris la voix de la personne qui parle au téléphone. Et dans le cadre d’un développement qui pourrait redéfinir la façon dont nous envisageons le stockage de l’énergie, le Massachusetts Institute of Technology collabore avec le constructeur de voitures sportives italien Lamborghini pour créer une « supervoiture » électrique sans batterie, au sens conventionnel du terme, puisqu’elle pourra stocker de l’énergie dans les panneaux en nanotubes de carbone léger composant sa carrosserie.

Le potentiel des batteries, de plus en plus prisé

Aussi bien les entreprises que les gouvernements reconnaissent enfin le potentiel que présente le stockage d’énergie au niveau du réseau et investissent dans ce domaine. Des constructeurs automobiles mettent en place des divisions pour exploiter leurs investissements en voitures électriques dans les solutions de stockage d’énergie pour le marché résidentiel et commercial. Les constructeurs d’avions expérimentent des systèmes de propulsion alimentés par batterie légère. Les gouvernements du monde entier distribuent des subventions pour encourager les innovations alimentées par des batteries économiques et révolutionnaires. Dans un essai sur lequel le monde entier devrait braquer ses projecteurs, Tesla s’est associé au producteur d’énergie renouvelable français Neoen pour installer la plus grande batterie lithium-ion au monde en Australie-Méridionale à l’automne 2017. La construction a pris fin le 23 novembre et la batterie est actuellement en phase de charge et de test avant sa prochaine mise en service. Elle viendra compléter le réseau d’électricité local en stockant assez d’énergie éolienne pour alimenter 30 000 foyers.

La révolution de la batterie n’a pas pour simple objectif de permettre une autonomie d’une semaine à votre téléphone ou de 1 500 km à votre voiture électrique. Elle engendrera une transformation à l’échelle de la société dont les répercussions seront innombrables. Avec le développement de moyens plus efficaces pour stocker l’énergie, de nouveaux emplois seront créés, pas seulement chez les fabricants de batteries, mais dans toute l’économie. Car il s’agit de transformer et de développer une infrastructure qui s’appuie sur des sources d’énergie renouvelable. L’utilisation de sources d’énergie moins coûteuses et plus écologiques jouera un rôle essentiel dans l’évolution des modèles de gestion circulaires qui réemmagasinent et réutilisent les ressources. Le réseau électrique aura les réserves d’électricité décentralisées dont il a besoin pour rester solide même lorsque sa dépendance aux ressources renouvelables augmente.

D’après les scientifiques, il ne nous reste que quelques années pour réduire les effets du changement climatique provoqués par l’homme avant qu’ils n’atteignent un point critique augurant un avenir particulièrement sombre. Nous devons donc accélérer les choses pour passer à un monde post-fossile durable le plus vite possible. La nouvelle génération de batteries, en nous donnant la possibilité d’utiliser l’électricité de façon plus efficace et de la stocker de façon plus rentable, fera bien plus qu’adoucir les inévitables perturbations liées à ce changement au sein de la société. L’avenir de notre civilisation se joue peut-être dans les systèmes de stockage d’énergie que nous développons aujourd’hui.

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Lisez la présentation Next-Gen Batteries Will Define Our Future (Les batteries nouvelle génération détermineront notre avenir).

Article posté en anglais sur DigitalistMag