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Qu’est-ce que la masse d’inertie ?

Le stockage de l’énergie par volant d’inertie n’est pas une idée nouvelle. Il s’agit même de la plus ancienne méthode connue encore utilisée aujourd’hui. Cependant, compte tenu de l’augmentation des batteries et récemment de l’hydrogène, cette solution est rarement utilisée. Bien qu’il présente l’avantage d’un rendement élevé et d’une longue durée de vie, le temps de stockage limité ne joue pas en sa faveur.

Un volant d’inertie stocke l’électricité sous forme d’énergie cinétique. Il est constitué d’une masse, généralement un cylindre, qui tourne autour d’un axe et est enfermée dans une coque de protection.

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Dans la phase de stockage, un moteur connecté à l’axe convertit l’électricité en énergie cinétique, que le la vitesse de rotation de la masse a augmenté. Dans la phase stationnaire, c’est-à-dire les économies d’énergie, la vitesse de rotation de la masse doit être maintenue constante. L’apport d’énergie est alors minime et ne compense que les pertes associées au frottement. Dans la phase de récupération, le moteur agit comme un générateur et convertit l’énergie mécanique en électricité, ce qui ralentit la masse.

Le principe est très ancien. Depuis l’Antiquité, les tours de potier incluent un plateau en bois qui permet de réguler et de faciliter le mouvement du pied de l’artisan. Au 19e siècle, la plupart des moteurs à vapeur étaient équipés de volants d’inertie. Dans les années 1920, certains tramways belges et suisses ont été équipés de lourds disques en fonte sous leur plancher, ce qui leur permettait de se déplacer d’une gare à l’autre sans électricité. Le disque a été reconnecté au réseau électrique de chaque station Mouvement décalé.

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Au 19e siècle, la plupart des machines à vapeur étaient équipées de roues inertielles.

Intervenir en une fraction de seconde

Si STEPS et les batteries stockent la quasi-totalité de l’énergie pendant la phase stationnaire, ce n’est pas le cas des volants d’inertie qui continuent de bouger. Il y a donc des frictions qui sont synonymes de perte et d’autodécharge. Dès lors, les volants d’inertie ont été réservés aux applications qui ne nécessitent que des temps de stockage limités de l’ordre de quelques dizaines de minutes. Le stockage inertiel est donc principalement utilisé pour le contrôle de la fréquence et la prise en charge de la tension dans les réseaux électriques afin d’éviter les chutes de tension. La ville de New York, par exemple, dispose d’une centrale électrique modeste (20 MW), mais grâce à 200 volants à inertie, elle peut restaurer suffisamment d’énergie en quelques secondes pour maintenir une alimentation électrique constante.

La technologie est également utilisée sur des marchés de niche pour alimenter une salle d’opération, un hôpital ou un centre de données, par exemple. En cas d’arrêt du réseau, le stockage à inertie peut avoir lieu en une fraction de seconde en attendant que d’autres méthodes de génération plus puissantes, telles qu’un groupe électrogène, soient mises en service.

Nouveaux développements

Cependant, le stockage de l’électricité est devenu un thème stratégique de la transition énergétique, et les volants d’inertie font désormais l’objet de nouveaux développements pour assurer la production harmonieuse des énergies renouvelables.

Différentes solutions ont été développées pour minimiser les pertes d’énergie en phase stationnaire : utilisation de roulements à billes haute performance, boîtier de rotor dans une chambre à vide, suspension magnétique de l’axe, etc. De nouveaux matériaux sont également utilisés pour la masse rotative. Désactivé plus tôt en fonte ou en acier, aujourd’hui ils sont constitués de fibres de verre ou de carbone, de kevlar, etc. Le stro énergétique français est le vainqueur du concours EDF Pulse en 2015 et travaille sur un prototype fibre-béton.

Supraconducteurs

Le développement technologique le plus important, cependant, est le développement d’un châssis innovant sans friction, déclare Jawdat. Les volants d’inertie traditionnels utilisent soit des roulements mécaniques tels que des roulements à billes hautes performances, soit des suspensions magnétiques sans frottement, le champ magnétique étant généré par des électroaimants. Ces deux options vont, mais avec des pertes d’énergie importantes.

90 % d’efficacité

Cette astuce « réduit les pertes d’énergie dues à la capacité inhérente du système à capturer le champ magnétique qui maintient le rotor en place ». Avec un avantage important par rapport aux batteries Li-ion : « Notre technologie vous permet de charger et de décharger toute la journée pendant 30 ans, et votre capacité de stockage est toujours de 100 %, tandis que les batteries doivent être remplacées après 10 ans. »

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