L'énergie des roches: le sous-sol est-il la batterie de la transition énergétique ?

Stocker de l'énergie dans le sous-sol : cela peut sembler relever de la science-fiction, mais ce n'est pas une pratique vraiment nouvelle dans le domaine de la recherche géologique. Connue depuis les années 1970, avec les premières expériences menées dans des cavernes de sel en Allemagne, cette technique ouvre un champ de possibilités pour les énergies renouvelables et pour les besoins de stockage qu'elles entraînent.

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"L'un des problèmes de la transition énergétique est la plus grande disponibilité d'énergie issue de sources renouvelables, qu'il n'est pas possible de stocker", explique à Euronews Ricardo Pereira, chercheur au GeoBioTec de la Faculté des sciences et technologies de l'Université Nova de Lisbonne. "Il est possible d'utiliser cet excédent d'énergie électrique et de le stocker temporairement dans les roches du sous-sol, à 500, 1 000, 2 000 mètres", poursuit le chercheur portugais.

"En utilisant la terre, les roches, comme une sorte de batterie, nous pouvons stocker des quantités d'énergie capables d'alimenter de petites villes, et c'est la grande force de cette technologie."

Dans le cas des roches poreuses, le procédé consiste à alimenter des compresseurs d'air grâce à l'électricité excédentaire produite à partir de sources renouvelables comme les éoliennes ou les panneaux solaires. Ceux-ci injectent ensuite l'air, sans hydrogène ni CO2 et donc sans risque d'explosion, par le biais d'un puits jusqu'à une couche de roche poreuse en profondeur.

L'air vient remplir les espaces entre les grains de roche, habituellement occupés par de l'eau salée non potable. Cette eau est repoussée, sans contaminer quoi que ce soit qui soit utilisé pour la consommation humaine. L'air reste piégé sur place, sous pression, comme une batterie "chargée" qui peut être utilisée en fonction des besoins.

Lorsque c'est nécessaire, l'air comprimé remonte par le puits, se détend, et cette force actionne des turbines en surface qui produisent de l'électricité, comme dans une centrale classique, mais sans brûler de combustible.

Ricardo Pereira fait partie des scientifiques portugais qui ont réalisé une étude visant à comprendre quelle quantité d'énergie il serait possible de stocker, en fonction des spécificités de différentes conditions géologiques.

"Cette étude cherche à évaluer, en fonction des conditions géologiques à différentes profondeurs, combien d'énergie il serait effectivement possible de stocker avec différentes variables physiques ou thermodynamiques", explique-t-il à Euronews, en indiquant qu'à partir de cette analyse "différents scénarios ont été élaborés", afin de "donner une idée de l'énergie maximale que l'on peut stocker à différentes profondeurs".

Énergie stockée pour une ville

Parmi les priorités énergétiques de la Commission européenne figure l'augmentation de la capacité de stockage d'énergie, jugée "indispensable". L'Europe dispose actuellement d'environ 55 gigawatts de capacité de stockage. L'objectif est d'atteindre 200 gigawatts d'ici 2030, afin de résoudre les contraintes sur le réseau, qui augmentent le risque de pannes et la dépendance aux combustibles fossiles importés.

C'est pour combler ce déficit de gigawatts que le stockage d'air comprimé dans des roches poreuses peut entrer en jeu : à la différence des batteries lithium-ion, qui dominent aujourd'hui la course, cette technologie vise un stockage de longue durée, en tirant parti d'une ressource naturelle disponible à grande échelle.

Les travaux, menés en partenariat entre des chercheurs de l'Université Nova de Lisbonne et de l'Institut Dom Luiz de la Faculté des sciences de l'Université de Lisbonne, publiés dans la revue Geoenergy (source en portugais), concluent que, dans les scénarios analysés, "un seul système adiabatique-isobare est le plus favorable, capable de fournir jusqu'à 156 kWh m−3 de densité énergétique et d'atteindre jusqu'à 1 TWh de capacité de stockage, pour une profondeur maximale de fonctionnement de 3 000 m".

"Il est logique qu'il s'agisse d'un scénario maximal, dans lequel toutes les conditions optimales sont réunies", souligne Ricardo Pereira, en précisant que ces valeurs donnent toutefois "une idée de la dimension maximale et du potentiel" du procédé.

"Entre une valeur minimale estimée et une valeur maximale théorique également estimée, il existe toute une gamme de possibilités, mais ce que montre cette étude, c'est qu'un seul réservoir, et nous parlons ici de la simulation d'un seul cas, dans la situation la plus favorable, ce 1 TWh se rapproche beaucoup de la consommation de certaines villes moyennes au Portugal."

"Black start" : les conséquences du black-out auraient-elles pu être atténuées ?

Outre une grande capacité de stockage, ce procédé fonctionne selon le principe du "black start", c'est-à-dire la capacité d'un système électrique à démarrer sans être dépendant du réseau.

"L'air comprimé est presque immédiat et permet donc d'allumer et d'éteindre presque instantanément", explique le chercheur, ce qui permet de stabiliser le réseau électrique, une aide utile dans des situations comme celle du black-out ibérique. "C'est quelque chose qui, peut-être, si nous l'avions déjà eu en fonctionnement en 2025, aurait permis d'éviter une partie de ces problèmes", affirme Ricardo Pereira.

"Il est logique que le problème du black-out ait été bien plus vaste et que cela ne constituerait pas une recette miracle pour résoudre une situation équivalente, (...) mais cela permettrait d'aider à gérer la puissance sur le réseau."

Selon le chercheur, déterminer les zones et les caractéristiques géographiques du Portugal où il serait possible de mettre en œuvre ce type de procédés fait l'objet de travaux de recherche en cours, mais l'étude permet déjà de tirer des conclusions claires qui peuvent aider à cette cartographie.

"C'est réellement l'un des aspects innovants de cette étude : elle montre d'abord que plus nous pouvons placer notre réservoir en roches poreuses en profondeur, plus nous pouvons libérer d'énergie", indique Ricardo Pereira, en soulignant que, de cette manière, il est possible "de comparer avec la consommation de certaines localités du littoral, principalement certaines villes plus industrialisées, et de mesurer l'impact que cela pourrait avoir sur la décarbonation de certaines régions, en augmentant l'indépendance énergétique face à la consommation de combustibles fossiles".

Parmi les zones citées comme présentant un fort potentiel figurent Lisbonne et Almada, toutes deux fortement densifiées sur les plans démographique et industriel.

La législation, principal frein

Pour l'heure, au Portugal, cette technologie existe uniquement sur le papier, avec un horizon de mise en œuvre, selon le chercheur, de cinq à dix ans, en fonction des différentes étapes qu'elle exige : étude géologique, forage de puits, projet pilote et mise en service.

"Il y a tout un ensemble d'études à mener, à commencer par la reconnaissance de la géologie du sous-sol pour un lieu donné. Chaque projet représente en soi un défi technique et, par conséquent, les études préliminaires prennent déjà un certain temps", explique-t-il.

Selon Ricardo Pereira, en termes de viabilité économique, le stockage d'énergie par air comprimé apparaît comme une solution "très avantageuse", notamment en comparaison des coûts avec d'autres solutions comme l'hydrogène vert, "dont les coûts sont très élevés".

Selon le chercheur, la Chine est l'un des principaux pays à investir dans ce type de projet, avec plusieurs initiatives en cours et à l'étude. En Europe, l'Allemagne compte également quelques projets, même si les résultats restent limités, car "ces technologies mettent des années à être planifiées, à passer par toutes les phases d'ingénierie et à entrer en fonctionnement".

Au Portugal, le principal obstacle n'est pas économique, mais réglementaire.

"À ce jour, à ma connaissance, il n'existe pas de législation spécifique permettant de mettre en œuvre ce type de projets au Portugal. Tout ce qui se trouve sous nos pieds appartient à l'État, donc à nous tous, et il doit y avoir une réglementation spécifique pour ce type de technologie, comme il en existe déjà pour le stockage du dioxyde de carbone", indique le chercheur.

"Même si une entreprise audacieuse, désireuse d'investir, souhaitait réaliser un travail d'étude pour ensuite lancer un projet pilote et arriver à la phase de production, sans loi, c'est impossible. (...) Il existe un obstacle réel qui empêche les entreprises au Portugal d'engager ne serait-ce qu'une étude un tant soit peu solide."

Au Portugal, selon le chercheur, il manque encore une connaissance approfondie de l'impact de cette technologie sur la consommation d'énergie au niveau national. "On peut imaginer que, si dans une localité donnée on peut réduire de 5, 10 ou 15 % la consommation de gaz naturel pendant la nuit, quel impact cela aurait au niveau local, voire national", explique-t-il, en soulignant que le pays dispose d'une vaste zone géologique présentant un fort potentiel.

"En connaissant la géologie, et nous parlons ici, dans une première analyse, d'une bande qui va de Lisbonne à Aveiro, dans la géologie du bassin dit lusitanien, qui rassemble tout un ensemble de roches susceptibles de servir de réservoir. Nous parlons d'une zone immense, qui est aussi l'une des plus industrialisées du pays, avec une forte présence d'énergie éolienne, solaire et même hydraulique, c'est-à-dire avec une disponibilité d'énergie pour alimenter ce procédé."

Avec les études menées jusqu'à présent, du point de vue de la durabilité environnementale, Ricardo Pereira estime que la "méthodologie a de l'avenir". Elle pourrait même constituer une solution pour le réseau énergétique et, à condition de respecter une série d'engagements, "peut-être que, d'ici dix ans, si tout se passe bien, nous aurons des projets d'air comprimé opérationnels, qui aideront à la gestion du réseau et réduiront les problèmes liés à l'énergie de manière accessible, avec des coûts raisonnables", défend-il.