Ingénierie, innovation et développement durable (STI2D) · Terminale · Approche fonctionnelle et structurelle des chaînes de puissance
Le stockage de l’énergie
Mettre l’énergie de côté pour plus tard.
En bref
Les énergies renouvelables sont intermittentes, les véhicules doivent être autonomes : stocker l’énergie est devenu central.
Les énergies renouvelables sont intermittentes, les véhicules doivent être autonomes : stocker l’énergie est devenu central. Chaque technologie répond à un compromis entre quantité stockée, puissance disponible, durée de vie et coût.
Les formes de stockage
| La forme | Technologie | Principe |
|---|---|---|
| Chimique | Batterie lithium-ion, plomb, hydrogène | Réaction d’oxydoréduction réversible, ou combustible |
| Électrostatique | Condensateur, supercondensateur | Charges accumulées sur des électrodes |
| Mécanique | Volant d’inertie, STEP (barrage de pompage), air comprimé | Énergie cinétique ou potentielle |
| Thermique | Ballon d’eau chaude, sels fondus, matériau à changement de phase | Chaleur sensible ou latente |
Caractériser une batterie
| La grandeur | Unité | Sens |
|---|---|---|
| Tension nominale | V | Tension moyenne en décharge |
| Capacité | Ah | Charge électrique disponible |
| Énergie stockée | Wh | E = U × Q |
| Énergie massique | Wh/kg | Énergie par kilo : autonomie à masse donnée |
| Puissance massique | W/kg | Aptitude à fournir vite l’énergie |
| Nombre de cycles | — | Durée de vie en charges-décharges |
| Profondeur de décharge | % | Part de la capacité qu’on s’autorise à utiliser |
Ordres de grandeur
| La technologie | Énergie massique | Puissance massique |
|---|---|---|
| Plomb | 30 à 40 Wh/kg | Moyenne |
| Lithium-ion | 150 à 250 Wh/kg | Bonne |
| Supercondensateur | 5 à 10 Wh/kg | Très élevée |
| Hydrogène (avec réservoir) | ≈ 1 000 à 1 500 Wh/kg de système | Limitée par la pile à combustible |
Batterie = beaucoup d’énergie ; supercondensateur = beaucoup de puissance d’un coup. On les associe souvent.
Associer des cellules
- En série : les tensions s’additionnent, la capacité reste celle d’une cellule.
- En parallèle : les capacités s’additionnent, la tension reste celle d’une cellule.
Exemple : des cellules de 3,6 V et 3 Ah. Un pack « 10S3P » (10 en série, 3 en parallèle) donne 10 × 3,6 = 36 V et 3 × 3 = 9 Ah, soit 36 × 9 = 324 Wh avec 30 cellules.
Exemple travaillé : dimensionner une batterie
Un robot consomme 60 W en moyenne pendant 4 h. Énergie nécessaire : 60 × 4 = 240 Wh. On ne décharge qu’à 80 % pour préserver la batterie : énergie à installer = 240 / 0,8 = 300 Wh. En 24 V : Q = 300 / 24 = 12,5 Ah. En lithium-ion à 180 Wh/kg, la masse est d’environ 300 / 180 ≈ 1,7 kg ; en plomb à 35 Wh/kg, 8,6 kg.
Le stockage thermique
Q = m × c × ΔT (chaleur sensible)
Un ballon de 200 L d’eau (c = 4 185 J/(kg·°C)) chauffé de 15 à 60 °C stocke 200 × 4 185 × 45 ≈ 37,7 MJ, soit environ 10,5 kWh. En pilotant le chauffage aux heures de production solaire ou creuses, le ballon devient une « batterie » de chaleur.
Le système de gestion
Une batterie lithium est toujours associée à un BMS (battery management system) : il surveille tensions, courants et températures de chaque cellule, équilibre les charges et coupe en cas de danger. C’est la chaîne d’information au service de la chaîne de puissance.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle grandeur exprime l’énergie par kilogramme d’une batterie ?
2.Quel stockage fournit le plus de puissance d’un coup ?
3.Quelle énergie stocke une batterie de 12 V et 50 Ah ?
4.En série, que devient la tension de plusieurs cellules ?
5.Un pack 10S3P de cellules 3,6 V / 3 Ah donne…
6.Un robot de 60 W fonctionne 4 h avec une décharge limitée à 80 %. Énergie à installer ?
0 / 6 questions
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La fiche de révision, sur une page
Tout « Stockage de l’énergie » sur une seule page A4 illustrée : l’essentiel, les pièges et un mini-test. Elle se débloque dans l’app avec des gemmes — et ton compte gratuit en offre assez pour tes trois premières fiches.
