Les STEP : la « batterie géante » qui stocke l'électricité du réseau

L'électricité se stocke très mal. Là où le gaz et le pétrole patientent dans des cuves, le courant, lui, doit être consommé à la seconde même où il sort de la centrale. Le problème saute aux yeux à certaines heures : la nuit, ou en plein midi ensoleillé, le réseau français croule sous l'électricité bon marché ; le matin et le soir d'hiver, il faut au contraire rallumer des centrales coûteuses pour tenir la pointe. La parade la plus aboutie pour lisser ces écarts ne ressemble à aucun gadget de start-up. Elle tourne depuis des décennies : ce sont les stations de transfert d'énergie par pompage, les STEP. Des batteries géantes, oui, mais sans lithium ni cobalt. À l'intérieur, juste de l'eau et de la pesanteur.

Le principe : une batterie qui fonctionne à l'eau

L'idée tient en une phrase. Une STEP, c'est deux bassins situés à des altitudes différentes, reliés par une conduite et une salle des machines. Quand l'électricité est abondante et peu chère, on s'en sert pour pomper l'eau du bassin bas vers le bassin haut. L'énergie est alors stockée sous forme « potentielle » : de l'eau perchée en altitude, prête à redescendre. Vient l'heure de pointe, le réseau réclame du courant, on ouvre les vannes. L'eau dévale, fait tourner une turbine reliée à un alternateur, et l'électricité repart sur le réseau.

C'est le mécanisme d'un barrage classique, à une différence majeure près : ici, on remplit le réservoir du haut artificiellement, avec l'électricité du réseau, au lieu d'attendre la pluie ou la fonte des neiges. Une même machine sait souvent travailler dans les deux sens, en pompe comme en turbine. D'où le nom de « pompage-turbinage ».

L'analogie de la batterie tient, avec une nuance de taille : une STEP ne crée pas d'énergie, elle la déplace dans le temps. On y range de l'électricité quand elle déborde pour la ressortir quand elle manque. Un outil de stockage, jamais de production.

Le rendement réel : on récupère 70 à 80 % de ce qu'on a mis

Aucune machine n'est parfaite, et le pompage-turbinage non plus. Pomper, turbiner, faire circuler l'eau : à chaque étape, une part de l'énergie file en chaleur et en frottements. Le rendement aller-retour d'une STEP moderne s'établit en pratique entre 70 et 80 %.

Pour ressortir 1 MWh aux heures de pointe, il faut donc en avoir avalé de l'ordre de 1,2 à 1,4 MWh pendant le pompage. La perte au passage tourne autour de 20 à 30 %. Ça paraît lourd. Pour du stockage de masse, c'est en réalité remarquable : l'écart de prix entre l'électricité creuse (qui sert à pomper) et celle de pointe (revendue) couvre largement ces pertes. Et face aux autres pistes vantées pour stocker l'électricité, la STEP écrase la concurrence.

Prenez l'hydrogène, la comparaison la plus parlante. La chaîne « power-to-power » — transformer l'électricité en hydrogène par électrolyse, le stocker, puis le reconvertir en courant via une pile à combustible — plafonne autour de 25 à 35 % de rendement global. Les deux tiers de l'énergie partent en fumée. L'hydrogène garde des usages pertinents dans l'industrie et les transports lourds, mais comme batterie de réseau, il reste très loin derrière le pompage. Les batteries au lithium font mieux que lui, souvent 80 à 90 %, sans pour autant rivaliser avec les STEP sur les très grandes quantités d'énergie et les longues durées.

Grand'Maison et les 5 GW qui tiennent le réseau

La France exploite aujourd'hui quelques grandes STEP, pour une puissance cumulée de l'ordre de 5 GW. La vedette s'appelle Grand'Maison, en Isère : environ 1 800 MW, l'une des plus puissantes d'Europe. Entre ses deux bassins, une chute d'eau de plus de 900 mètres lui permet de délivrer une puissance considérable des heures durant, et de monter en pleine charge en quelques minutes.

Cette réactivité vaut de l'or. Une STEP rend plusieurs services au système électrique :

• Absorber les excédents : quand la production dépasse la demande (nuit, week-end, fort ensoleillement ou vent), elle pompe au lieu de gaspiller.
• Couvrir les pointes : elle turbine instantanément lors des pics de consommation, le matin et en soirée d'hiver, sans rallumer de centrale thermique.
• Stabiliser la fréquence : ses grosses machines tournantes aident à tenir le réseau à 50 Hz, en réagissant en quelques secondes aux à-coups.

Ce rôle d'amortisseur pèse de plus en plus lourd à mesure que montent le solaire et l'éolien, par nature intermittents. Le soleil et le vent ne se commandent pas. Il faut donc des outils capables de décaler dans le temps cette électricité variable, et les STEP restent à ce jour le moyen le plus mûr et le plus massif de le faire. Elles complètent les barrages classiques, dont nous détaillons le rôle d'équilibrage dans notre article sur l'hydroélectricité, première renouvelable du pays.

Une STEP ne remplace pas une centrale. Elle supprime surtout le besoin de gaspiller de l'électricité quand elle abonde et d'en produire trop cher quand elle manque. Un outil de flexibilité, pas une source d'énergie de plus.

Pourquoi on rouvre les chantiers

Pendant des décennies, le parc français a dormi : l'essentiel a été bâti dans les années 1970-1980, puis plus grand-chose. La donne change, poussée par l'essor des renouvelables intermittents et le besoin de stocker davantage.

La programmation énergétique de la France chiffre le potentiel à développer entre 1 et 2 GW de nouvelles capacités de pompage, avec des mises en service visées plutôt à l'horizon 2030-2035. Plusieurs projets avancent. L'extension de la STEP de Montézic, dans l'Aveyron, doit faire passer sa puissance de quelque 900 MW à près de 1 300 MW, pour une mise en service annoncée autour de 2035. Du côté de Vouglans, dans le Jura, l'ensemble fait l'objet d'aménagements pour ajouter du pompage. EDF, de son côté, affiche l'ambition de muscler le parc hydraulique de plusieurs gigawatts d'ici le milieu du siècle.

Reste que rien n'est simple. Une STEP réclame deux bassins, un dénivelé important et de l'eau disponible : les bons sites se comptent sur les doigts, presque toujours en montagne, avec de fortes contraintes environnementales et un enjeu d'acceptabilité locale. Les chantiers s'étirent, parfois une décennie, et coûtent cher. Le cadre juridique a longtemps ajouté son grain de sable : le contentieux avec l'Union européenne sur la mise en concurrence des concessions hydrauliques a gelé les investissements pendant des années. Le déblocage est engagé, mais il faudra du temps avant qu'il se traduise en grues sur le terrain. Voilà pourquoi des projets aussi utiles avancent au ralenti.

Les STEP ne sont d'ailleurs pas l'unique réponse au défi du stockage. Chez soi, à l'échelle d'un logement, beaucoup se demandent si une batterie domestique couplée au solaire vaut le coup ; et quand le réseau se tend en hiver, des dispositifs comme Ecowatt servent à anticiper le risque de coupures. Mais pour stocker à l'échelle d'un pays, la vieille recette de l'eau hissée vers le haut reste, en 2025, la plus efficace et la plus éprouvée.

Avant de chercher la batterie miracle, le réseau a déjà la sienne : un lac perché à 900 mètres, qui attend la pluie une fois pour toutes et se recharge ensuite tout seul, branché sur la prise.