Comment ça marche : les STEP

Actualisé le 22.12.2022

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Lycée
Sciences de l'ingénieur

Les stations de transfert d'énergie par (STEP) sont des installations hydrauliques réversibles, qui permettent de pomper de l’eau dans un lac en hauteur puis d’utiliser sa chute pour produire de l’ comme dans les usines hydroélectriques classiques. Elles permettent de stocker l’ et apparaissent donc comme un outil efficace pour répondre à l’intermittence des énergies solaire et éolienne.

Image de turbines dans la centrale hydraulique de Grand’Maison, dans les Alpes françaises, dont les retenues d’eau constituent une station STEP

Le principe

La STEP fonctionne entre deux retenues d'eau, un bassin inférieur et un bassin supérieur(voir graphique ci-dessous).

Aux heures de très forte consommation électrique sur le réseau, l'eau du bassin supérieur, captée par une conduite forcée, fait tourner une turbine et un alternateur qui produit de l’ . Celle-ci permet de répondre à la demande.

Aux heures de faible consommation, de l’électricité est prélevée sur le réseau pour alimenter une pompe qui remonte l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur. Cette eau sera disponible pour une nouvelle opération de « turbinage ». La retenue supérieure permet donc un potentielle de gravité, disponible selon les besoins.

L’énergie stockée est proportionnelle au volume d’eau emmagasiné et à la hauteur de la chute.

Schéma illustrant le fonctionnement d'une station STEP
- Schéma illustrant le fonctionnement d'une station STEP

 

Une réponse partielle à l’intermittence

Les STEP se sont développées à partir des années 1970 pour optimiser le fonctionnement des grandes centrales électriques thermiques et nucléaires, face à une demande en électricité très variable dans le temps.

Elles connaissent un nouvel essor dans le monde en raison de la place croissante des intermittentes comme l’éolien et le solaire photovoltaïque. Selon la force des vents et la luminosité, la production d’électricité peut dépasser la demande du réseau à un moment donné. L’électricité produite en surplus peut alors être utilisée pour alimenter les pompes de la STEP.

Les STEP (Stations de transfert d’énergie par pompage) permettent de stocker l’électricité via l’eau des lacs de barrage.

Les perspectives d’avenir

Ce nouveau modèle d’utilisation lié aux renouvelables a déclenché une relance de cette technologie. En 2000, il y avait dans le monde environ 30 stations de plus de 1 000 MW de   . Vingt ans après, il y en a plus de 400, qui assure 95 % du stockage électrique, même si la part des batteries électrochimiques de grande capacité augmente régulièrement. La France compte six STEP2.

Deux obstacles freinent la multiplication des STEP : la lourdeur des investissements et les impacts sur l’environnement et le paysage.

Les STEP sont généralement installées en montagne mais une nouvelle conception émerge, celle de « STEP marines » en bordure de littoral. Elles peuvent être utiles pour récupérer l’électricité des grands parcs éoliens ou assurer l’autonomie énergétique d’îles. Mais il faut pour cela disposer d’un dénivelé d’au moins 100 mètres. La mer constitue alors la retenue inférieure, la retenue amont étant au sommet d’une falaise ou derrière une digue.

Une STEP marine a par exemple été installée dans l'île d'El Hierro, aux Canaries (voir photo). L’énergie en surplus produite par cinq éoliennes permet de pomper l’eau vers un bassin implanté 700 mètres au-dessus du niveau de la mer. EDF étudie des projets à La Réunion, à la Guadeloupe et en Martinique.

De nombreuses sociétés travaillent pour concevoir des modèles de « micro-STEP » disposant de citernes de petites tailles sur deux niveaux. Elles pourraient par exemple alimenter des villages isolés en zone montagneuse. 

La STEP de l’ile d’El Hierro, avec son réservoir supérieur qui communique avec la mer via une station de pompage et de turbinage. À l’arrière-plan, les éoliennes qui alimentent les pompes.
- La STEP de l’ile d’El Hierro, avec son réservoir supérieur qui communique avec la mer via une station de et de turbinage. À l’arrière-plan, les éoliennes qui alimentent les pompes.

 

Sources : 

  1. EDF : une technologie dévoilée (fiche synthèse) 
  2. Il s’agit de Grand’Maison (1 790 MW) en Isère, Montézic (910 MW) dans l’Aveyron, Revin (800 MW) dans les Ardennes, Le Cheylas (460 MW) en Isère, Super-Bissorte (730 MW) et La Coche (330 MW) en Savoie.

 

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