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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Sixième partie. Entre sources et usages : stockage et vecteurs d'énergie

8. Stockage magnétique : le SMES

Pascal Tixador

Texte intégral

1Une solution originale pour stocker de l’énergie consiste à injecter un courant dans une bobine supraconductrice (induisant au passage un champ magnétique), et de court-circuiter cette dernière sur ellemême. L’énergie associée s’exprime à partir de l’intensité I du courant et de l’inductance de la bobine (dépendant du matériau, de la géométrie et du nombre de tours de la bobine), sous la forme E = ½ LI².

2Le caractère supraconducteur implique, grâce à l’établissement d’un courant permanent, d’échapper aux pertes par effet Joule. Cela explique le nom anglais de ce stockage : Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES), inventé par le Français Ferrier en 1970.

3En plus du système de conditionnement électrique, le SMES nécessite un système cryogénique pour maintenir l’aimant à très basse température pour qu’il soit dans l’état supraconducteur, sans aucune perte. La cryogénie est aujourd’hui totalement transparente pour l’utilisateur. Les bobines supraconductrices d’imagerie médicale, gros aimants supraconducteurs court-circuités sur eux-mêmes stockent des énergies magnétiques de quelques MJ (kWh), tandis que la cryogénie consomme 7,5 kW électriques.

4Le SMES, source de courant, est le pendant du condensateur, source de tension. Il s’en rapproche aussi par le fait qu’il s’agit essentiellement d’une source d’énergie « impulsionnelle » ou transitoire. La densité massique d’énergie des SMES (0,003 Wh/kg) est en effet bien inférieure à celle des batteries par exemple, mais l’énergie peut être délivrée extrêmement rapidement. La limite ultime est donnée, comme dans un volant d’inertie (cf. VI.9), par la mécanique, par les contraintes maximales liées dans un SMES aux forces électromagnétiques considérables. Le rendement de conversion énergétique est excellent (97 %), et le nombre de cycle charge-décharge peut être très élevé.

5De nombreux SMES avec des supraconducteurs conventionnels (alliages NbTi) ont été réalisés et mis en service comme source non-interruptible pour des charges sensibles ou pour stabiliser certains réseaux électriques. Les retours d’expérience sont en général excellents, mais il n’y a pas eu de développement commercial car le SMES reste trop coûteux et en concurrence avec d’autres technologies plus matures.

6Les supraconducteurs à haute température critique, en particulier les conducteurs de 2e génération, permettent un véritable bond dans les performances en termes de densité d’énergie* et une cryogénie beaucoup moins contraignante avec des températures de l’ordre de −253 °C et non plus −269 °C. Les performances des supraconducteurs se dégradent avec la température et ne sont pas suffisantes actuellement à −196 °C pour envisager de faire fonctionner les SMES dans l’azote liquide. L’énergie spécifique* peut être au moins doublée, soit des perspectives particulièrement intéressantes. Le coût actuel de ces matériaux, encore au stade du développement industriel, reste un verrou pour des produits industriels, mais les perspectives de réduction de ces coûts à moyen terme sont très encourageantes.

Photo d’un prototype de SMES au CNRS à Grenoble. Institut Néel/G2Elab - P. Tixador

Bibliographie

Références bibliographiques

• P. TIXADOR – Stockage magnétique – SMES, ouvrage Technologies du stockage d’énergie, Hermes-Lavoisier, 2009.

• P. TIXADOR et Y. BRUNET – Supraconducteurs : applications de puissance à haute température critique, Documents Techniques de l’Ingénieur, 2008.

Table des illustrations

Légende Photo d’un prototype de SMES au CNRS à Grenoble. Institut Néel/G2Elab - P. Tixador
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11115/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 268k

Auteur

Physicien appliqué des supraconducteurs, Professeur des Universités, Institut Néel et G2Elab, Grenoble
pascal.tixador@grenoble.cnrs.fr

© CNRS Éditions, 2013

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