Au laboratoire "Procédés, Matériaux, Energie solaire" (Promes) du CNRS, les chercheurs travaillent sur différentes solutions de stockage d'énergie, notamment sous forme de chaleur, pour que les centrales solaires thermodynamiques puissent produire de l'électricité en continu. Xavier Py, professeur et vice-président de la recherche à l'université Perpignan Via Domitia, révèle les détails.
Le pôle de compétitivité Derbi dispose d'outils de recherches exceptionnels, dont le four solaire d'Odeillo, ainsi que les installations du site Tecnosud, à Perpignan. Là, plus d'une centaine de scientifiques planchent sur tous les aspects des infrastructures solaires à concentration : caractérisation des matériaux en conditions extrêmes de température, conversion, stockage et transport d'énergie. "Nous travaillons au développement de différentes technologies de stockage de chaleur : sensible, changement d'état, chaleur latente, réaction thermochimique réversible…", détaille Xavier Py. Diverses solutions dont les températures de fonctionnement peuvent atteindre les 400 °C voire les 1.000 °C.
"La centrale Gemasolar a une puissance de 100 MW stabilisés grâce à un stockage massif de chaleur sous forme de sels fondus, qui sont des nitrates", poursuit-il. Les rayons du soleil, concentrés sur la tour de grande hauteur située au milieu des miroirs, portent ces sels à température de fusion, chaleur qui est ensuite restituée au cours de la nuit à un système secondaire, produisant de la vapeur d'eau et entraînant une turbine. La généralisation d'un tel procédé à des centaines de centrales réparties dans les zones les plus ensoleillées de la planète n'est toutefois pas envisageable. "Le problème est que la production mondiale de nitrates ne serait pas suffisante pour couvrir 10 % des besoins de stockage pour le solaire à concentration", révèle le spécialiste qui travaille à l'élaboration de réponses alternatives, notamment grâce à des déchets industriels inorganiques qui pourraient emmagasiner la chaleur. Une solution élégante pour en valoriser des quantités importantes.
Transformer du "plomb en or", ou presque
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Parmi les pistes explorées, celle des déchets amiantés. "Ils sont fondus à 1.400 °C pour former une céramique réfractaire totalement inerte. Auparavant, ils servaient de remblai de route à 8 € la tonne. Mais la cristallisation leurs confèrent des propriétés équivalentes à des céramiques qui coûtent 8.000 €/tonne", relate Xavier Py. Les équipes espèrent donc faire de bonnes affaires avec ces déchets, d'autant que 300 millions de tonnes de tels matériaux amiantés existent dans le monde. Les scientifiques travaillent également sur les laitiers sidérurgiques, dont plusieurs millions de tonnes ne servent à rien, mais qui présentent l'avantage d'être déjà fondus, ou les cendres volantes issues des centrales thermiques. Là encore, 750 millions de tonnes sont produites chaque année, dont une partie est utilisée dans la formulation des ciments ou le comblement de mines. "La transformation de ces déchets en ressources pour le stockage de chaleur se fait pour l'instant à l'échelle du laboratoire, c'est-à-dire de quelques kilos. Or une seule centrale aura besoin de 30.000 tonnes de matériaux. Il faudra donc passer à l'échelle industrielle", conclut le professeur. Pour y parvenir, une startup nommée Eco-Tech Céram a été créée en 2014. Spécialisée dans "le service d'expertise pour la mise au point de céramiques éco-efficaces à partir de la valorisation de déchets et coproduits industriels", elle a déjà été distinguée à de nombreuses reprises, notamment lors du Concours mondial de l'innovation en 2014-2015 ou du Concours SME phase I, en février 2016.
Le bilan en énergie grise des systèmes énergétiques dégageant beaucoup de chaleur à valoriser pourrait donc être grandement amélioré à l'avenir, grâce à l'adoption de ces échangeurs-stockeurs issus de déchets. Un véritable exemple d'écologie industrielle et d'approche globale rendant compatibles le développement économique et les écosystèmes naturel : la pierre philosophale de la transition.
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