L’énergie hydraulique

 

L’énergie des cours d’eau, utilisée depuis des millénaires, s’est développée à partir du Moyen Age dans les moulins puis, à la fin du XIXe siècle, pour alimenter les turbines et produire de l’électricité. La technique est donc mature et c’est la première énergie renouvelable à finalité électrique en Europe et dans le monde où elle représente 16% de la production totale d’électricité. Quatre pays en fournissent la moitié: la Chine, le Canada, le Brésil et les Etats Unis. En France, elle est la deuxième source de production électrique (13%, c'est-à-dire 67 TWh en moyenne, avec 25 400 MW de puissance installée).

On distingue plusieurs types de centrales hydrauliques ;

  • Les centrales « au fil de l’eau » ou de basse chute, installées le long des fleuves, assurent une production de base. Dépourvues de réservoir et elles n’apportent aucun rôle de régulation pour le réseau électrique. Les turbines sont en majorité de type à réaction 1(Turbine Kaplan, hélices à réaction, groupes bulbes).
  • Les centrales « d’éclusées » ou de moyenne chute (entre 50 et 200m), sont associées à des barrages constituant des réserves d’eau. Elles peuvent jouer un rôle de régulation dans la production d’électricité à l’échelle de la journée ou davantage. Elles sont équipées le plus souvent de turbines Francis à réaction.
  • Les centrales de lac ou de haute chute (plus de 200m), sont associées à des barrages retenant de grandes réserves d’eau. Elles sont capables de moduler leur puissance rapidement ce qui permet d’adapter la production à la demande. De plus, grâce à leur grand lac de stockage, elles peuvent accumuler l’eau sur une longue période puis turbiner en période de forte demande. Elles sont souvent équipées de turbines à action Pelton.
  • A ces trois types de centrales s’ajoutent les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) qui disposent de deux réservoirs d’eau, inférieur et supérieur, reliés par des pompes. Elles permettent de stocker de l’eau, en période de faible consommation dans le réservoir supérieur, qui est returbinée en période de forte consommation.

 

Les usines marémotrices et les hydroliennes, utilisant l’énergie cinétique des courants, seront traitées dans le dossier « énergies marines ».

Les barrages eux-mêmes peuvent être distingués selon les matériaux de structure utilisés : barrages en béton (barrages poids, barrages voutes, barrages à contreforts), barrages comblés ( terre , roches ,avec éventuellement noyau imperméable,..).

Le succès de cette filière est lié à plusieurs critères. C’est une énergie renouvelable, modulable et stockable ; elle est souple, assez bien répartie géographiquement. De plus, elle représente un vecteur de développement économique des secteurs ruraux et une solution pour la gestion des ressources en eau. Dernier aspect et non des moindres, elle est compétitive car si l’investissement initial peut s’avérer élevé, le coût de fonctionnement est faible et le combustible gratuit.

Néanmoins, localement, son développement peut poser problème. La réalisation de grands barrages posent des problèmes environnementaux : immersion des vallées entrainant un impact sur la flore et la faune, l’abandon de terres agricoles et des déplacements de population. Ceci a été particulièrement le cas pour deux énormes projets récents : le barrage des Trois Gorges, entré en service en 2009 sur le fleuve Yang Tze (Chine), d’une puissance de 22 000 MW et le barrage d’Itaipu, construit en 2006 sur le fleuve Parana au Brésil, d’une puissance de 14 000 MW. Les ouvrages, quelque soit leur taille, soulèvent des conflits de gestion de l’eau avec les navigants, les pêcheurs et les riverains lors de lâchers d’eau et dans le cas de fleuves transfrontaliers ce sont les règles de partage équitable de la ressource entre pays qui se posent comme dans le cas du barrage d’Illisu sur le Tigre, entre Turquie et Irak. Une fois le barrage construit, la sécurité de l’ouvrage et de son environnement doit être assurée pour la sécurité des populations situées en aval par des programmes de surveillance continue. Les accidents sont rares mais ils peuvent avoir des implications majeures. On peut évoquer la rupture du barrage de Malpasset (Var), en 1959, lors de son remplissage qui fit 400 morts et dont la cause fut reliée à une faiblesse des roches encaissant les fondations latérales, et le mega-glissement de terrain survenu dans le lac de retenue du barrage de Vajont (Italie), en 1963, à l’origine de deux vagues géantes qui submergèrent le barrage et firent en aval plus de 1900 victimes.

Dans ses études prospectives, l’Agence Internationale de l’Energie prévoit que le potentiel hydroélectrique pourrait augmenter de 60% dans le monde d’ici 2030. En France le Grenelle de l’Environnement a prévu une augmentation de 3 TWh d’ici 2020. Les études par bassin hydrographique menées par l’ADEME (Agence de l’Environnement et la Maîtrise de l’Energie) puis l’UFE (Union Française de l’Electricité) ont montré qu’un potentiel de 10,6 TWh existait (16% de la production électrique). Ces développements correspondent soit à la création de nouveaux ouvrages soit à l’équipement de chutes existantes. Ils devront se faire en cohérence avec les politiques globales d’aménagement et de gestion des cours d’eau.

1 - Turbine à réaction : dans ce type de turbine, l’eau est d’abord distribuée dans la partie fixe (via le distributeur constitué d’aubes fixes) imposant des directions de vitesse de l’eau vers les aubes de la roue de la turbine. Mais la détente (diminution de pression de l’eau) est partagée entre le distributeur et la roue, ce qui confère souvent un rendement amélioré par rapport à une turbine à action. Dans une turbine à action, la détente de l’eau a lieu seulement dans le distributeur et les aubages de la roue ne sont soumis qu’à l’énergie cinétique de l’eau.

 

Pour en savoir plus à la SGF:                                                               

- La place future de l’hydroélectricité parmi les énergies renouvelables, la Rédaction, Géologues, ­ 2013 - Acheter en ligne ce numéro
- icon Les énergies renouvelables - Etat des lieux et perspectives (37.71 KB), C. Acket et J. Vaillant, ed. Technip, 121, 2011 – Analyse d’ouvrage Géochronique, mars 2011
- icon Les énergies - Comprendre les enjeux (147.65 KB)  P. Mathis, ed. Quae, 2011 - analyse de l’ouvrage par Géochronique, juin 2012
- icon L’hydroélectricité en France (670.67 KB), la Rédaction, Géologues, 145, 2005
- icon La petite hydroélectricité et l’avenir (385.15 KB), la Rédaction, Géologues, 145, 2005

 

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- Site du Syndicat des Energies Renouvelables (SER) : Hydroélectricité : http://www.enr.fr/gene/main.php?base=35
- Livre blanc des énergies renouvelables, Syndicat des Energies Renouvelables, 2012 : http://www.enr.fr/docs/2012115824_LivreBlancComplet.pdf
- Site énergie hydraulique, énergie renouvelable, EDF : http://energie.edf.com/hydraulique/hydraulique/accueil-47693.html
- L’énergie hydraulique, fiche technique, ENS Lyon, 20 :
- Barrage de Malpasset, barrage voûte – académie Aix-Marseille, 2011 : http://www.ac-aix-marseille.fr/pedagogie/upload/docs/application/pdf/2011-11/barrage_de_malpasset.pdf
- Déferlement de 50 millions de m3 d’eau au barrage de Vajont : http://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/ressources/fd_23607_vajont_italie.pdf