Quelle est l’empreinte carbone d’une STEP ?

STEP de Nant de Drance / Image : Nant de Drance, ajouts par Révolution Énergétique

Si l’efficacité de la STEP n’est plus à prouver, rares sont les études qui se penchent sur ses émissions carbone. Mais des scientifiques ont récemment mené des recherches pour lever le voile sur l’empreinte environnementale de cette technologie.

En tant que technologie de stockage parmi les plus anciennes, la STEP, ou station de transfert d’énergie par pompage-turbinage, domine le marché mondial en termes de capacité. Son mécanisme repose sur un concept ingénieux, mais simple : deux vastes réservoirs d’eau, l’un situé en hauteur et l’autre en contrebas, et reliés par des canalisations. Lorsque la demande d’électricité est modeste, l’eau est acheminée du bassin inférieur vers le bassin supérieur. En revanche, aux heures de forte demande, cette eau est libérée du réservoir élevé, activant des turbines et générant de l’électricité.

Ce processus permet d’ajuster la production d’électricité aux besoins fluctuants en stockant l’énergie excédentaire pendant les périodes calmes pour la redistribuer lors des pics de demande. Au-delà de son efficacité reconnue, une question demeure : quelle est l’empreinte carbone de la STEP ? Dans un monde de plus en plus conscient des enjeux climatiques, il est essentiel de comprendre l’impact environnemental des technologies que nous utilisons.

La STEP : championne de la faible émission de CO2 ?

Ce sont des chercheurs du NREL (National Renewable Energy Laboratory) qui ont entrepris cette étude concernant l’impact environnemental de la STEP pour le cas des USA. Dans ce cadre, la technologie a été mise en comparaison avec plusieurs autres systèmes de stockage : le stockage d’énergie à air comprimé (CAES), les batteries lithium-ion, les batteries plomb-acide, et les batteries à flux redox au vanadium.

Les résultats de cette recherche ont été révélateurs. La STEP s’est distinguée en affichant un PRG (potentiel de réchauffement global) nettement inférieur à ses concurrents. À titre informatif, le PRG est une échelle qui évalue l’impact d’un gaz à effet de serre sur le climat en le comparant à celui du dioxyde de carbone sur une durée déterminée. C’est cette mesure qui est couramment utilisée pour peser les conséquences des différents gaz sur le changement climatique.

Suite aux analyses menées pour différents scénarios, la STEP a affiché un PRG oscillant entre 58 et 530 g-CO2eq pour chaque kilowattheure d’électricité restituée. Dans un modèle où le bouquet énergétique était exclusivement composé d’énergies renouvelables, la valeur était de 86 g-CO2eq. Le PRG d’autres systèmes est systématiquement supérieur, quel que soit le scénario envisagé, le maximum étant atteint à environ 500 g-CO2eq/kWh en moyenne des scénarios pour les systèmes à air comprimé CAES.

Empreinte carbone des systèmes des stockage de l’électricité / Image : Simon et al 2023

Les principaux facteurs déterminants du PRG de la STEP

Lorsqu’il s’agit d’évaluer l’empreinte carbone de la STEP, plusieurs éléments entrent en jeu :

• Le premier, et sans doute le plus influent, est la provenance de l’électricité stockée. En effet, si cette électricité est issue de sources énergétiques à forte empreinte carbone telles que le charbon, le PRG de la STEP sera naturellement plus élevé. À l’opposé, une électricité tirée de sources renouvelables, moins polluantes, réduira considérablement le PRG.
• Le choix du site est également un élément clé. Il faut savoir que deux options se présentent généralement aux opérateurs concernant le lieu d’implantation de la centrale. Ils peuvent choisir entre les terrains dits « brownfield », ayant déjà accueilli des activités industrielles ou commerciales, et les terrains appelés « greenfield », vierges de toute construction. D’un point de vue environnemental, privilégier un site brownfield est avantageux. En effet, réhabiliter un tel espace permet de diminuer le PRG d’environ 20 % par rapport à un site greenfield.
• Le choix des matériaux utilisés pour le revêtement des réservoirs est un autre facteur à considérer. Ces revêtements, indispensables pour éviter les fuites, varient en fonction des conditions locales et des contraintes réglementaires. Si l’asphalte, la géomembrane, le béton et l’argile sont couramment utilisés, l’asphalte se distingue par son empreinte carbone plus importante.
• Enfin, la puissance et la capacité de l’installation jouent également un rôle prépondérant dans le PRG de la STEP. Les chercheurs ont identifié trois catégories d’installations en fonction de ces informations : les petites (jusqu’à 500 MW), les moyennes (de 500 MW à 1 GW) et les grandes (plus de 4,2 GW). Leur conclusion est sans appel : les installations de plus grande puissance affichent un PRG plus bas que leurs homologues de moindre envergure.

En somme, l’empreinte carbone d’une STEP est fortement influencée par les choix opérationnels effectués avant même sa phase de construction. Ces décisions prises en amont déterminent en grande partie l’impact environnemental de l’installation sur le long terme.