L'eau

Une énergie au fil de l’eau

Le 10/09/2010

Les eaux des fleuves et des rivières sont entraînées par une force considérable. En récupérant cette force pour faire tourner des turbines, on peut produire de l’électricité. Cette forme d’accès à l’énergie est très répandue dans le monde et représente déjà depuis de nombreuses décennies une part importante de la production.

L'usine marémotrice de la Rance (France, novembre 2006), principale centrale bretonne, utilise depuis 40 ans les mouvements de la marée pour produire de l'électricité.
© AFP / Andre Durand

Capter la force de déplacement de l’eau


Les centrales hydroélectriques utilisent la force cinétique de l’eau (générée par son mouvement) connue depuis longtemps : c'est elle qui actionne les moulins à aubes placés sur une rivière.









Les centrales hydrauliques fournissaient en 2008 quelque 16 % de l’électricité mondiale.


L’énergie hydraulique moderne est récoltée dans des centrales où l’on fabrique de l’électricité. Pour canaliser le débit de l’eau et faciliter l’utilisation de son énergie cinétique, on a recours à des chutes d’eau que l’on crée artificiellement : les barrages.

L’eau servant à produire l’énergie hydroélectrique est stockable, et donc utilisable en période de pic de consommation. Cette source se révèle également efficace : 90 % de l’énergie de l’eau se convertit en électricité. Elle est par ailleurs non émettrice de gaz à effet de serre et renouvelable. Ces qualités expliquent le succès des centrales hydrauliques qui fournissaient, en 2008, quelque 16 % de l’électricité mondiale.

Une centrale est composée de 3 éléments principaux :

   •    un barrage : son rôle est, d’une part, de créer une chute d’eau importante pour faire tourner les turbines, d’autre part, de stocker l’eau pour alimenter la centrale en toutes circonstances (périodes de basses eaux). Outre le barrage proprement dit, des conduites assurent le transport vers l’usine, particulièrement en montagne ;

   •    un canal de dérivation : il prélève l’eau dans son milieu naturel (rivière, lac) pour alimenter le réservoir du barrage. Il peut s’agir d’un canal à ciel ouvert, d’une galerie souterraine ou d’une conduite ;

   •    une usine : elle comprend des turbines qui tournent grâce à la chute d’eau et entraînent le générateur d’électricité (en général, un alternateur). Sur le barrage d’Itaipu (Brésil), un des plus grands du monde, les turbines voient passer 62 200 m3 d’eau par seconde, soit 125 fois le débit de la Seine à Paris !

Outre son intérêt pour la production d’énergie, un barrage permet aussi de réguler les crues d’un cours d’eau. Et il offre un réservoir d’eau pour l’irrigation agricole, et même parfois les loisirs (plages, sports nautiques).

Avant toute construction d’un barrage hydroélectrique, il convient de s’assurer que 3 conditions sont réunies :

   •    des conditions topographiques : les gorges d’un cours d’eau, ou le resserrement d’un cours d’eau en général se révèlent favorables à l’établissement du barrage. Tout comme une vallée large et plate offre une parfaite cuvette de rétention des eaux ;

   •    des conditions géologiques : les roches sur lesquelles s’appuie le barrage doivent être stables et étanches, à la fois pour des raisons d’efficacité et de sécurité ;

   •    des conditions hydrologiques : les précipitations sur le bassin versant (ensemble des eaux en amont) qui alimente la cuvette du barrage doivent être suffisantes pour la remplir et compenser les pertes d’évaporation du lac de retenue.

Il existe deux grands types de barrages :

   •    les barrages-poids : ils s’appuient entièrement sur un sol qui doit être particulièrement résistant, car il va encaisser toute la poussée de l’eau retenue. Les barrages-poids sont construits en béton, ou en remblais de terre ou de roches ;

   •    les barrages-voûtes : en forme d’arc convexe, ils s’appuient en grande partie sur leurs parois latérales rocheuses. Ces parois doivent être saines et sont inspectées régulièrement.Ce type de barrage est utilisé dans les vallées étroites (ou étranglées), par exemple en montagne.


Les barrages, des ouvrages sous surveillance

La conception d’un barrage hydroélectrique doit tenir compte des nombreux risques et les limiter au maximum. Il convient ainsi de mener des études sur :

   •   la résistance aux crues. Tous les barrages sont aujourd’hui équipés d’évacuateurs pour éviter de céder en cas de crue exceptionnelle ;

   •   la résistance aux séismes et, plus généralement, la stabilité des sols autour de la cuvette de retenue.

Les barrages font l'objet d'études approfondies pour résister aux crues et aux séismes.

De plus, un contrôle permanent du barrage lui-même permet de surveiller les infiltrations d’eau dans le corps du barrage ou en dessous, les déformations de l’ouvrage, etc.


Un impact écologique et humain non négligeable

La construction d’un barrage a souvent d’importantes répercussions en termes environnementaux, économiques et humains.

La mise en eau des barrages oblige à déplacer de nombreuses personnes et peut noyer d’importantes surfaces de terres cultivées. La construction sur le Nil du gigantesque barrage d’Assouan en Égypte (160 milliards de m3 de capacité de retenue) a par exemple eu, entre autres effets, une baisse sensible de la teneur en limons de l’eau, en aval de l’ouvrage. Le delta du fleuve, qui avançait jusque-là sur la mer, a commencé à reculer. Les paysans ont alors dû utiliser davantage d’engrais pour maintenir les rendements agricoles en raison du déficit de limons.

La mise en eau des barrages oblige à déplacer de nombreuses personnes et peut noyer d’importantes surfaces de terres cultivées.

L’impact sur la faune et la flore est aussi considérable. L’eau dormante de la retenue d’un barrage a tendance à être sous-oxygénée, ce qui nuit à la bonne qualité des écosystèmes. Tout comme leur est préjudiciable l’eau trop oxygénée et chargée de microbulles d’air qui résulte des brusques lâchers d’eau.

Par ailleurs, les barrages ne retiennent pas que de l’eau : ils arrêtent aussi les sédiments érodés par les cours d’eau qui alimentent la cuvette de retenue. Ils ont donc tendance à s’envaser, plus ou moins vite. Le barrage de Sanmenxia, sur le Houang Ho en Chine, a ainsi perdu 41 % de sa capacité de stockage en raison de la sédimentation des boues durant ses 4 premières années de service. L’arrêt des sédiments par les barrages est un phénomène qui se constate également sur le Rhône. Il affecte aussi le littoral en Camargue.

Un barrage constitue donc une source d'énergie renouvelable et peu polluante. Dans certaines parties du monde, la production hydroélectrique bénéficie d’un potentiel important encore sous-exploité. Par ses immenses bassins fluviaux (Congo, Nil) et sa région des Grands Lacs, l’Afrique fait partie de celles-ci. Mais la mise en œuvre d’une telle solution nécessite de mesurer parfaitement son impact sur l'environnement et les populations.

Vrai ou Faux ?
C'est en Chine que se trouve le plus grand barrage du monde.
Vrai. Achevé en 2009, le barrage des Trois Gorges s'élève sur le Yang Tse Kiang. Ses 185 m de haut sur 2,3 km de long, sa retenue d'eau de 39,3 milliards de m3 et ses 26 turbines d’une puissance totale de 18 200 MW (l’équivalent de 10 centrales nucléaires) forment le plus grand barrage hydraulique du monde en termes de quantité d’électricité produite. Les travaux, entamés en 2003, ont nécessité 22 milliards d’euros d’investissements. Et ce sont 1,4 million de personnes qui ont dû être déplacées pour qu’il voie le jour.
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