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Décryptages

L'énergie hydraulique en domaine terrestre : la première des énergies renouvelables

L’énergie hydraulique concerne les centrales installées sur les continents - sur les fleuves, les rivières et les lacs - mais aussi les « énergies marines », encore en phase de développement, utilisant la force des vagues, des marées et des courants  (Voir le dossier « Les énergies marines, énergies bleues»). Largement exploitées depuis des décennies, les centrales hydrauliques à terre produisent dans le monde près des trois quarts de l’électricité « renouvelable », le reste se partageant entre le solaire, l’éolien, la géothermie, l’énergie marémotrice et la biomasse.

Le barrage de la centrale hydroélectrique de Rizzanese, près de Sainte-Lucie-de-Tallano, en Corse. © P. POCHARD / AFP

La force de l’eau en mouvement (énergie cinétique)L’énergie cinétique est l’énergie d'un corps liée à son mouvement.  est connue depuis longtemps : pendant des siècles, c’est elle qui a actionné les moulins à aubes pour produire de l’énergie mécanique. L’énergie hydraulique moderne, que l’on a appelé la « houilleAu sens strict, la houille désigne la qualité de charbon intermédiaire entre le lignite et l'anthracite... blanche », est aujourd’hui utilisée dans des centrales pour produire de l’électricité. Une quarantaine de pays s’appuient sur elle pour produire plus du cinquième de leur électricité1. La part de l’énergie hydraulique dans l’électricité mondiale est de 16,4 %, derrière le charbon et le gaz, mais devant le nucléaire.

Energie hydraulique : du barrage à l’usine

Une centrale hydroélectrique est composée de 3 éléments de base :

  • Un barrage : son rôle est d’une part de créer une chute d’eau, d’autre part de stocker l’eau pour alimenter la centrale en toutes circonstances. En plus de la production ou du stockage d'énergie, un barrage présente aussi un intérêt pour réguler les crues d’un cours d’eau ;
  • Un canal de dérivationPar définition, un canal de dérivation est un ouvrage artificiel destiné à réduire le débit excessif d'un cours d'eau... : 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.

Plusieurs types de centrales hydroélectriques

Le type d’ouvrage hydroélectrique varie selon la configuration du site, du cours d’eau exploité, et aussi de l’usage qui doit en être fait : 

  • les centrales au fil de l’eau, construites le long d’un fleuve ou d’une rivière, produisent au gré des débits du cours d’eau. Avec des barrages d’une hauteur inférieure à 25 mètres, ces centrales produisent de l’électricité en continu pour répondre aux besoins quotidiens ;
  • les « usines-écluses » ou les « usines de lac » entrent dans la catégorie de l’hydraulique modulable car elles permettent de produire de l’électricité à la demande, leurs barrages créant des retenues que l’on peut relâcher (« turbiner ») selon les besoins. Les « usines de lac » désignent des chutes importantes (plus de 300 mètres de haut), les « usines-écluses » se placent quant à elles entre 25 et 300 mètres ;
  • les STEP (Station de transfert d’énergie par pompageLe pompage est une technique de récupération assistée du pétrole et du gaz...) sont spécialement adaptées à cette fonction de modulation. Elles sont constituées de deux retenues d’eau situées à des hauteurs différentes. Lorsque la demande l’exige, on « turbine » l’eau du bassin supérieur. Lorsqu’il y a un excès de production – provenant par exemple de sources éoliennes ou solaires – on utilise l’électricité en surplus pour « pomper » l’eau du bassin inférieur et la remonter dans le bassin supérieur.

Centrale hydraulique : choix du site et financement

Pour installer une centrale hydraulique, il faut bien sûr d’abord des conditions topographiques, géologiques et hydrographiques particulières. Les plus grands producteurs d’hydroélectricité sont les pays traversés par des fleuves et rivières à gros débit et les pays de montagne. Les gorges d’un cours d’eau sont favorables, tout comme une vallée large et plate qui offre une parfaite cuvette de rétentionDépression creusée autour d'un réservoir ou d'une citerne, destinée à recueillir les effluents provenant d'une fuite... des eaux. Les précipitations sur le bassin versant (ensemble des eaux en amont) doivent être satisfaisantes.

Ensuite, les grands et moyens barrages coûtent très cher : les gouvernements cherchent de plus en plus à faire appel à des fonds privés ou aux grands organismes internationaux comme la Banque mondiale pour les financer. Mais jugés trop longs à amortir et rentabiliser, les projets hydroélectriques peinent à convaincre les investisseurs. L’avenir de l’hydroélectricité dépend donc, pour une bonne part, de la force de persuasion des États et de potentiels accords public/privé.

Les avantages de l’hydroélectricité

L’eau servant à produire l’énergie hydroélectrique est renouvelable et stockable : elle peut donc être utilisée en cas de pic de consommation puis réutilisée. Cette façon d'emmagasiner de l’énergie potentielle est d’autant plus efficace qu’une centrale hydroélectrique peut atteindre sa puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... maximale en quelques minutes. À titre de comparaison, une dizaine d’heures sont nécessaires à une centrale thermique pour monter à sa pleine puissance. Un délai multiplié par quatre pour un réacteur nucléaireSitué au cœur de la centrale nucléaire, le réacteur est une sorte de chaudière géante....

Très efficace, l’hydroélectricité terrestre présente un bon rendement : 90 % de l’énergie de l’eau en mouvement est convertie en électricité. De plus, l’utilisation des centrales hydroélectriques n’émet pas de gaz à effet de serrePhénomène naturel permettant un accroissement de la température de l'atmosphère d'une planète grâce à la présence de certains gaz..., elle ne produit pas de déchets ou de pollution.

Si la construction est un investissement lourd, il y a peu de frais d’exploitation et d’entretien. La durée de vie est exceptionnelle et la technologie très fiable. Rien qu'en France, parmi la soixantaine de grands barrages encore en activité, nombreux sont ceux à avoir été construits avant 1960. Le plus ancien, situé dans la Nièvre, a été achevé en 1858 !

Avec tous ces avantages, son développement ne peut être que souhaitable. Mais il présente cependant des difficultés… (Voir le décryptage « L'énergie hydraulique en domaine terrestre : les difficultés de son développement »).

 

Source :

(1) Site de l'ENR