Le 28 avril dernier, François Hollande récompensait les premiers lauréats de la phase 2 du Concours Innovation 2030. Parmi les sept ambitions de ce concours*, les projets de stockage de l’énergie continuent à ouvrir des voies prometteuses : stockage massif d’électricité pour les sites industriels ou stockage décentralisé pour les bâtiments et les batteries de systèmes embarqués. Retour sur les perspectives d’une filière industrielle innovante à travers les deux premiers projets élus en phase 2 et quatre des projets élus en phase 1.

La 1ère phase du concours, lancée en avril 2013, avait permis d’aider 1 200 projets innovants à hauteur de 200 000 euros. La remise des prix, le 28 avril 2015, marque le démarrage de la phase 2 (phase de levée de risque) pour les 16 premiers projets retenus sur l’ensemble des sept ambitions. Parmi eux, les projets consacrés au stockage de l’énergie figurent au cœur de la transition énergétique. Dans tous les projets récompensés, et malgré des technologies très différentes, les mêmes enjeux stratégiques se confirment :

  • apporter des solutions pour lisser les pics de consommation électrique ;
  • compenser l’intermittence des énergies renouvelables ;
  • faciliter le recours aux énergies propres et décarbonnées.

Deux start-up ont décroché la phase 2 :

Plusieurs autres projets récompensés en phase 1 présentent des avancées prometteuses pour nombre d’industriels. C’est le cas de quatre autres lauréats qui ont développé des solutions inédites, aussi bien en matière de stockage massif d’énergie, de stockage décentralisé pour l’habitat ou encore de stockage à l’échelle nanométrique :

Projets de la phase 2 :

Ergosup, de l’hydrogène haute pression en toute sécurité

Ergosup, start-up implantée dans la Drôme, développe une technologie de stockage et de conversion d’électricité en hydrogène sous pression. Contrairement aux procédés habituels de production d’hydrogène, qui décomposent l’eau simultanément en oxygène et hydrogène, Ergosup dissocie cette opération en s’appuyant sur l’électrochimie du zinc. Ce métal à fort contenu énergétique permet de découpler la consommation électrique de la production d’hydrogène qui sera assurée à la demande. Dans un premier temps, l’oxygène est libéré sous l’effet du courant électrique, puis, dans un deuxième temps, le sel de zinc libère l’hydrogène. Les avantages de cette technologie sont triples :

  • l’hydrogène peut être produit directement sous très haute pression (700 bars, pression attendue par les réservoirs de véhicules) ;
  • la sécurité est améliorée en évitant de mélanger oxygène et hydrogène gazeux ;
  • la technologie permet de consommer l’électricité au moment où elle est la moins chère ou disponible à travers les énergies renouvelables intermittentes.

Avec les 2 millions d’euros obtenus grâce au concours, Ergosup pourra achever sa phase de développement technologique avec l’aide d’Air Liquide et pourra implanter deux démonstrateurs (dans la Drôme et dans la Manche).

I-TEN réinvente la microbatterie lithium-ion

Pour faciliter l’intégration dans les circuits électroniques autonomes toujours plus gourmands en énergie, I-TEN propose une alternative à la pile bouton – non rechargeable -, aux supercondensateurs qui s’auto-déchargent, ou aux microbatteries planaires aux durées de vie limitées. L’équipe I-TEN a conçu une microbatterie rechargeable qui décuple la capacité de stockage d’énergie par rapport aux batteries actuelles. Sous forme de composants de quelques millimètres carrés, les microbatteries comportent plusieurs couches fines de céramiques empilées qui lui assurent une haute densité énergétique et une exceptionnelle compacité. Accompagnant la montée en puissance du numérique et des objets connectés, cette technologie :

  • fiabilise l’alimentation de secours des ordinateurs et smartphones, mais aussi de tout objet électronique ;
  • sécurise le fonctionnement des cartes à puces ;
  • et s’affranchit d’opérations coûteuses et délicates pour le remplacement des piles de pacemakers.

Parmi les projets récompensés en phase 1 :

STOLECT, un stockage massif de l’électricité respectueux de l’environnement

Développé par Keynergie, le projet STOLECT propose une solution de stockage massif d’électricité pour industriels gros consommateurs d’énergie ou producteurs d’énergies intermittentes. Le procédé repose sur un cycle thermodynamique qui emmagasine l’énergie électrique sous forme de chaleur dans des matériaux réfractaires portés à haute température, puis qui la restitue lorsqu’un besoin de production électrique apparaît. L’installation de stockage comprend deux enceintes isolées thermiquement et remplies de matériaux réfractaires (une enceinte à haute température et une enceinte à basse température), reliées entre elles par des turbomachines qui font circuler un gaz neutre (azote ou argon) comme fluide caloporteur.
Durant la phase de stockage, l’énergie électrique est convertie en chaleur à partir d’un compresseur chaud et d’une turbine de détente froide. La chaleur est pompée d’une enceinte basse température à l’enceinte haute température, par la circulation en circuit fermé d’un gaz neutre.
Durant la phase de déstockage, la chaleur de l’enceinte haute température est convertie en énergie mécanique, puis en énergie électrique à l’aide d’un alternateur. Le turbogénérateur comporte un compresseur froid et une turbine de détente chaude.

« Ce procédé présente plusieurs avantages compétitifs », précise Jean-François Le Romancer, Fondateur Dirigeant de Keynergie :

  • des rendements élevés de l’ordre de 70 % grâce à un fonctionnement en circuit fermé ;
  • une forte densité énergétique (de 30 à 50 kWh/m3) permettant une très grande compacité et donc une empreinte réduite au sol ;
  • un très faible impact environnemental car le procédé n’utilise que des roches de basalte et des pièces mécaniques ;
  • le faible coût des matériaux de stockage et la durée de vie des installations de l’ordre de 30 ans permettront d’atteindre des coûts de l’énergie restituée très compétitifs pour les grandes installations : 50 €/MWh.

Toutes les briques technologiques (modèles thermiques, matériaux, compresseurs) du procédé sont désormais validées. La prochaine étape consistera à réaliser un démonstrateur à l’échelle 1/10 avec un pilote de 1 MW et 5 MWh.

Éco-Stock 1000, des unités éco-efficaces pour le stockage d’énergie sous forme de chaleur sensible

La société ETC développe une solution de stockage de chaleur sensible (200-1 000°C) conçue pour valoriser l’énergie, qu’elle soit disponible sous forme de chaleur (fatale ou intermittente) ou d’électricité (excédentaire ou déphasée). ETC vise donc quatre marchés combinant les conversion chaleur (Heat) / électricité (Power) : Heat to Heat, Heat to Power, Power to Heat ou Power to Power. L’innovation réside dans la composition de ses matériaux de stockage thermique : des céramiques réfractaires éco-efficaces qu’ETC développe à partir de matières premières valorisables. L’utilisation de ces céramiques et la conception modulaire du système de stockage font d’Éco-Stock une solution innovante. Procédé compact, modulaire et transportable, Éco-Stock est facilement raccordable sur le site suivant un principe « plug and play » et nécessite une faible maintenance. Le secteur de l’industrie lourde (fonderie, aciérie, verrerie, etc.) est donc doublement concerné : en amont, par la valorisation des déchets et, en aval, par la valorisation des chaleurs fatales. Les raisons d’y croire ? « Nous avons une équipe composée de scientifiques et de gestionnaires, explique Antoine Meffre, son Président Directeur Général. De plus, notre solution clé en main s’appuie sur une rupture technologique amorcée par le CNRS PROMES (partenaire historique).
Désormais, ETC travaille également avec l’École des Mines de Douai, le groupe ADF et des membres du Club ADEME International »
.

SETS, un stockage d’énergie décentralisé et hyper connecté pour l’habitat

Campa, filiale du groupe Muller, a développé le Stockeur Électro-Thermique Saisonnier (SETS) : une solution de stockage décentralisée grâce à une capacité d’accumulation de chaleur de plusieurs heures. Ce potentiel de stockage tient à un système compact constitué de mousse d’aluminium aux qualités thermiques particulières et de matériaux à changement de phase 100 % naturel. Cette conception confère à SETS une forte réactivité capable de restituer rapidement la chaleur stockée dans l’habitat ou le tertiaire, tout en disposant d’une très grande densité énergétique. SETS est équipé, par ailleurs, d’un système de gestion électronique qui rendra l’appareil communicant avec les autres appareils du bâtiment, avec le réseau électrique pour recevoir les ordres de charge ou de décharge du gestionnaire de réseau. Il pourra également communiquer avec l’utilisateur via smartphone et tablette pour un pilotage fin du confort thermique, pièce par pièce, en temps réel.
À terme, l’utilisateur pourra profiter d’un modèle économique incitatif via des primes au stockage ou à l’effacement, permettant de stocker l’énergie au moment où elle est la moins chère, d’éviter les consommations en période de pointe, de privilégier l’énergie intermittente renouvelable et de diminuer, de ce fait, ses émissions de CO2.

Nanomakers multiplie l’autonomie des batteries lithium-ion par deux

Dans le domaine des batteries, la technologie lithium-ion, la plus prometteuse par rapport aux autres filières, appelait encore des progrès en matière de densité de stockage. Parmi les composants stratégiques à améliorer, l’anode représente le point faible et les industriels cherchent à y remplacer le graphite par le silicium, mais des problèmes techniques subsistent : au fur et à mesure des cycles, l’anode est fragilisée par le craquellement et l’oxydation du silicium. D’autre part, le silicium est un matériau qui s’oxyde facilement lors de sa mise en forme et cela dégrade la capacité de la batterie dès sa fabrication. Pour éviter ces effets, Nanomakers a développé une nano-poudre : du silicium nanométrique enrobé de carbone.
En passant à cette échelle (quelques dizaines de nanomètres), la texture plus fine permet d’éviter les fluctuations au cours des cycles d’utilisation. L’enrobage du silicium par du carbone permet, quant à lui, d’éviter l’oxydation en restant imperméable à l’oxygène, tout en laissant passer les ions lithium. Cette poudre fine intéresse toute la chaîne de valeur de la filière : du marché de l’anode elle-même jusqu’aux constructeurs automobiles, en passant par les fabricants de composants chimiques et de batteries. En doublant l’autonomie des véhicules électriques ou en allégeant les batteries des véhicules hybrides, la voiture consommera moins d’énergie. « Aujourd’hui, nous vendons déjà plusieurs centaines de kilos de poudre de silicium sur les marchés américains et japonais, explique Jean-François Perrin, son Président. Nous devrions passer à la commercialisation de masse fin 2017. Le procédé de pyrolyse laser qui est à la base de cette innovation a été développé pendant une trentaine d’années au CEA ».

* Les sept ambitions des projets Concours Innovation 2030

1. Stockage de l’énergie
2. Recyclage des métaux rares
3. Valorisation des richesses marines
4. Protéines végétales et chimie du végétal
5. Médecine individualisée
6. Silver économie ou l’innovation au service de la longévité
7. Valorisation des données massives (Big Data)

POUR EN SAVOIR PLUS