Le CAES : un levier stratégique pour le stockage longue durée des réseaux électriques
Introduction
La transition énergétique est entrée dans une phase d’accélération. Sous l’effet des politiques climatiques et de la baisse des coûts technologiques, le solaire et l’éolien s’imposent progressivement comme des piliers des systèmes électriques modernes. En effet, les énergies renouvelables représentent aujourd’hui une part croissante du mix électrique mondial : selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), leur part passerait de 12% en 2022 à 30% en 2030 et près de 45% en 2050 [1].
Cette progression rapide modifie en profondeur la structure des réseaux électriques. Contrairement aux centrales thermiques conventionnelles, dont la production peut être ajustée à la demande, les sources renouvelables variables dépendent des conditions météorologiques.
L’AIE souligne ainsi que l’intégration massive des renouvelables nécessitera une expansion majeure des capacités de stockage longue durée afin de préserver la stabilité et la fiabilité des réseaux à l’horizon 2040.
Autrement dit, plus la part des renouvelables augmente, plus la question du moment de disponibilité de l’électricité devient centrale. Il ne s’agit plus uniquement de produire une énergie bas-carbone, mais de garantir son adéquation temporelle avec la demande. Dans ce contexte, le développement de solutions de stockage longue durée, telles que le Compressed Air Energy Storage (CAES) — ou stockage d’énergie par air comprimé — devient un élément structurant de la décarbonation des réseaux électriques.
Le défi systémique de l'intermittence à l'échelle du réseau
Une transformation structurelle des réseaux
L’intégration massive d’énergies renouvelables transforme profondément le fonctionnement des systèmes électriques. Leur production n’est ni constante ni entièrement prévisible : elle varie à l’échelle de la journée, des saisons et des cycles météorologiques.
Cette variabilité introduit de nouveaux déséquilibres entre l’offre et la demande, rendant indispensable le développement de solutions capables d’absorber les excédents et de compenser les périodes de déficit.
Des variations qui dépassent l’échelle quotidienne
Si les fluctuations journalières — comme la baisse de production solaire en soirée — sont désormais bien identifiées, les variations saisonnières représentent un défi encore plus structurant.
Dans les régions nordiques, la production solaire présente une saisonnalité particulièrement marquée. Des analyses menées en Finlande montrent qu’un système photovoltaïque peut produire plus de dix fois plus d’énergie au printemps ou en été qu’en hiver [3].
Cette asymétrie s’explique par la forte variation des conditions météorologiques : au printemps et en été, la région bénéficie de près de 9 heures d’ensoleillement quotidien en moyenne, tandis qu’en automne et en hiver, cette durée chute à environ 2 heures par jour, avec une couverture nuageuse plus importante et un enneigement prolongé. Cette dynamique crée des surplus énergétiques concentrés sur quelques mois et des déficits structurels durant la saison froide.
Les épisodes de « dunkelflaute »
Au-delà des cycles saisonniers, certains épisodes météorologiques extrêmes accentuent encore ces déséquilibres. Le terme allemand dunkelflaute désigne des périodes caractérisées par peu de vent ou de soleil, entraînant une chute simultanée de la production éolienne et solaire [7].
Ces épisodes peuvent durer plusieurs jours et mettent à l’épreuve la résilience des systèmes électriques fortement dépendants des renouvelables. Ils illustrent concrètement la nécessité de disposer de solutions capables d’assurer la continuité d’approvisionnement lors de périodes prolongées de faible production.
Source: Energy Information Administration
Stockage court terme vs longue durée : deux besoins différents
Face à cette variabilité multi-échelle, les solutions de stockage ne répondent pas toutes aux mêmes besoins. Les systèmes électriques doivent mobiliser des outils adaptés à des horizons temporels distincts.
Il est essentiel de distinguer :
Stockage court terme (2–4 h) : utilisé principalement pour équilibrer l’offre et la demande à l’échelle de la journée et stabiliser le réseau. Les batteries lithium-ion sont aujourd’hui largement déployées pour ces usages [4].
Stockage longue durée : : destiné à compenser des périodes plus étendues de faible production renouvelable, pouvant durer plusieurs heures ou plusieurs jours [5].
C’est dans cette seconde catégorie que le CAES trouve sa pertinence. Sa capacité à restituer de l’énergie sur des durées prolongées en fait un levier stratégique pour accompagner la montée en puissance des énergies renouvelables [6].
Intégration de l'éolien offshore et onshore
L’essor de l’éolien, qu’il soit terrestre ou offshore, transforme progressivement l’architecture des réseaux électriques. Ces installations sont souvent situées à distance des grands centres de consommation, tandis que leur production demeure tributaire des conditions météorologiques. Il peut en résulter des excédents locaux temporaires, qui ne coïncident pas toujours avec les besoins du réseau.
Dans ce contexte, le CAES peut constituer un levier de flexibilité complémentaire aux infrastructures de transport. Plutôt que de recourir exclusivement au renforcement des lignes de transmission pour acheminer l’électricité vers les zones de forte demande, le stockage à proximité des sites de production permet de différer l’injection sur le réseau et de valoriser l’énergie lorsque les conditions de marché ou la demande sont plus favorables.
Cette approche contribue à optimiser l’utilisation des infrastructures existantes et à limiter les contraintes de congestion, particulièrement dans les régions où la production renouvelable croît plus rapidement que les capacités de transport.
Source: Energy Encyclopedia (EE)
Stabilisation des réseaux à forte pénétration solaire
Contrairement aux batteries électrochimiques, généralement optimisées pour des cycles courts, le CAES se distingue par une faible auto-décharge, permettant de conserver l’énergie stockée sur des périodes prolongées [8]. Cette caractéristique est particulièrement pertinente dans les systèmes où la production solaire est dominante. La production photovoltaïque présente un profil journalier marqué — pic en milieu de journée, baisse rapide en soirée — auquel s’ajoutent des variations saisonnières importantes, notamment aux hautes latitudes.
Le CAES se distingue par une faible auto-décharge, caractéristique documentée [8], qui permet de conserver l’énergie stockée sur des périodes prolongées. Des analyses indiquent également que les systèmes CAES peuvent offrir des durées de décharge allant de plusieurs heures à plusieurs jours [6].
En absorbant les surplus produits lors des périodes de forte irradiation et en les restituant lorsque la production diminue, le CAES contribue à lisser la variabilité nette injectée dans le réseau. Ce rôle devient particulièrement pertinent dans des systèmes électriques où l’augmentation de la part des renouvelables nécessite un renforcement des mécanismes de flexibilité [2].
Support aux réseaux insulaires et isolés
Au-delà des grands réseaux interconnectés, les enjeux de flexibilité et de stockage se posent avec encore plus d’acuité dans les territoires insulaires et les communautés isolées. Dans ces contextes, l’absence de connexion aux réseaux principaux impose une production locale d’électricité, souvent assurée par des générateurs diesel.
Cette dépendance entraîne des coûts énergétiques élevés et une forte exposition aux fluctuations du prix du carburant, ainsi qu’aux contraintes logistiques liées au transport et au stockage du diesel. À l’échelle canadienne, environ 200 communautés dépendent entièrement du diesel pour le chauffage et la production d’électricité [8].
Dans ce contexte, l’intégration d’énergies renouvelables combinée à des solutions de stockage longue durée comme le CAES pourrait contribuer à réduire progressivement la consommation de diesel, tout en améliorant la sécurité énergétique locale. Le stockage permettrait de valoriser la production renouvelable lorsque les conditions sont favorables et de maintenir l’approvisionnement lors des périodes moins productives.
Conclusion
Le CAES apparaît comme une composante pertinente de l’écosystème du stockage longue durée, alors que les réseaux électriques devront renforcer leurs capacités de flexibilité à grande échelle au cours des prochaines décennies [2].
Sa capacité à fournir de l’énergie sur plusieurs heures, voire plusieurs jours [6], combinée à une faible auto-décharge [8], en fait une solution adaptée aux systèmes à forte pénétration renouvelable. Les cas d’usage analysés — intégration de l’éolien, stabilisation du solaire et soutien aux réseaux isolés — illustrent la diversité de ses applications potentielles.
La question n'est plus de savoir si le CAES jouera un rôle central dans la décarbonation, mais plutôt comment nous saurons saisir cette opportunité stratégique. Explorez les initiatives de Squatex en matière d’énergies renouvelables sur notre site web et nos médias sociaux.
Références
[1] International Energy Agency. World Energy Outlook 2023. IEA, 2023, https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023
[2] International Energy Agency. Electricity Grids and Secure Energy Transitions. IEA, 2023, https://iea.blob.core.windows.net/assets/ea2ff609-8180-4312-8de9-494bcf21696d/ElectricityGridsandSecureEnergyTransitions.pdf
[3] Shekar, Vinay, Antonio Caló, and Eva Pongrácz. Experiences from Seasonal Arctic Solar Photovoltaics (PV) Generation – An Empirical Data Analysis from a Research Infrastructure in Northern Finland. Renewable Energy, vol. 217, 2023, article 119162. Elsevier, https://oulurepo.oulu.fi/bitstream/handle/10024/46065/nbnfi-fe20231106143316.pdf
[4] National Renewable Energy Laboratory. Battery Energy Storage System (BESS) and Battery Management System (BMS). NREL, 2021, https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/79236.pdf
[5] National Renewable Energy Laboratory. Storage Futures Study. NREL, 2021, https://docs.nrel.gov/docs/fy22osti/81779.pdf
[6] Olabi, A. G., et al. Compressed Air Energy Storage Systems: Components and Operating Parameters – A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032122005901
[7] Agora Energiewende. Renewables cut German electricity costs and emissions; lack of momentum seen in buildings and transport sectors. https://www.agora-energiewende.org/news-events/renewables-cut-german-electricity-costs-and-emissions-lack-of-momentum-seen-in-buildings-and-transport-sectors
[8] Environment and Climate Change Canada (ECCC), Goal 7 of the Federal sustainable development strategy https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/services/climate-change/federal-sustainable-development-strategy/goals/affordable-clean-energy.html
