Énergies renouvelables, réseaux intelligents et maîtrise de la demande d'énergie orientent le secteur du bâtiment vers le stockage de chaleur, de froid et d'électricité. Le but : récupérer un excédent de production, fournir de l'énergie en période creuse, alimenter un site durant un pic de demandes. Pour distinguer les technologies matures des émergentes et entrevoir les opportunités, le Groupe performance énergétique (GPE) de la FFB et le comité de pilotage du Programme recherche développement métier (PRDM) ont confié au Costic (1) et au Cnees (2) une étude sur ce sujet. Le travail rassemble quatorze solutions : six sur le stockage d'électricité, six sur le stockage thermique actif et deux sur le stockage thermique passif. Leur présentation est pédagogique : une description, un schéma, les points forts et les points faibles. Certaines technologies sont déjà accessibles aux entreprises du bâtiment.
Thermique : exploiter chaleur sensible et chaleur latente
Le stockage le plus simple consiste à conserver l'énergie thermique dans l'eau ou des matériaux à changement de phase (MCP). En Suisse et en Allemagne, des industriels proposent des accumulateurs de chaleur pouvant aller jusqu'à 200 m3 d'eau. Ces méga-ballons reçoivent la chaleur fournie par de vastes champs de capteurs solaires thermiques?; ils permettent de produire eau chaude sanitaire (ECS) et chauffage tout au long de l'année. Certes encombrante, cette solution est maîtrisée?; l'investissement est de 40 e/kW, et le taux de couverture solaire atteint 80 %. En Bretagne, le Costic étudie deux maisons équipées de la sorte. Cette technique est transposable au collectif. En France, le lycée Kyoto de Poitiers est doté d'une cuve de 1 000 m3. La chaleur est principalement fournie par l'incinérateur d'ordures ménagères situé à quelque 500 m. En Allemagne, des villes et des quartiers disposent d'accumulateurs jusqu'à 10 000 m3. Les coûts d'investissement sont de l'ordre de 30 e/kW stocké, et la densité énergétique de 60 à 80 kWh/m3.
Changement de phase : de multiples applications
Les matériaux à changement de phase - paraffines, acides gras ou sels hydratés - stockent la chaleur ou le froid sous forme latente : stockage et restitution se produisent lors de leur solidification et fusion. Pour le stockage de froid, Cristopia propose depuis plus de 20 ans des cuves remplies de sphères en matériaux à changement de phase plongées dans de l'eau glycolée. D'un changement de phase aux alentours de -30 °C, elles permettent de réduire la puissance des groupes thermodynamiques, de bénéficier d'une énergie au tarif « heures creuses » et de répondre aux pics de demandes.
Quant au stockage de la chaleur, le Costic relève deux offres industrielles : les Thermobatteries de H.M. Heizkörper, qui associent stockage de chaleur latente et de chaleur sensible ; les ballons d'eau chaude E-Stocker de Kaplan Energy, qui servent de préparateurs d'ECS et intègrent des modules de matériau à changement de phase récupérant le surplus d'énergie de chaudières à bois ou de panneaux solaires thermiques. Ce stockage existe aussi en mode passif, notamment pour améliorer les enveloppes des bâtiments. Son principe : l'inclusion de composés à changement de phase dans des matériaux ou des panneaux complémentaires à l'isolation. Leur action permet de déphaser les effets climatiques pour éviter les transferts brutaux et lisser ainsi le confort intérieur.
Électricité : la recherche se poursuit
Les modes de stockage de l'électricité applicables aux bâtiments sont moins nombreux?; les batteries (au plomb, au sodium, au lithium-ion) sont le moyen le plus courant et conviennent pour un nombre limité de cycles de charge et décharge. La recherche travaille sur les « batteries à flux », appelées aussi « à oxydoréduction au vanadium »?; elles permettraient d'atteindre 10 000 cycles et d'assurer des recharges rapides. Plus récente, la pile à combustible figure parmi les solutions futures. L'énergie fournie par éoliennes ou capteurs photovoltaïques permet à cet électrolyseur de décomposer l'eau pour former de l'hydrogène. Avec ce combustible stocké, l'appareil réalise l'opération inverse en cas de besoin. La recherche a avancé sur les « coeurs » de pile et permis de faire baisser leur prix.
(1) Comité scientifique et technique des industries climatiques
(2) Centre national d'expertise de l'enveloppe et de la structure
