L'Energie Hydraulique

Index

1. Le minimum à savoir

2. Production, Ressources et localisations

2.1. France

2.2. Monde

3. Avantages et Inconvénients

4. Notre point de vue

5. En savoir plus

 


 

1. Le minimum à savoir

Le Cycle de l'eau

On utilise couramment le terme "énergie hydraulique" pour caractériser l’énergie produite par les barrages le long des cours d’eau.

 

Quelle en est l'origine ?

Cette énergie correspond à celle libérée par l’eau lors de sa chute. Ceci est en fait une restitution de ce qu’elle a emmagasiné en étant transportée en altitude. C'est grâce à l’énergie solaire que l’eau des mers et océans s’est évaporée et a été apportée sous la forme de nuages, lesquels se sont ensuite libérés de cette eau sur les reliefs par les averses de pluie ou de neige.

 

A quoi correspond cette énergie (rudiments de physique)

L’énergie (ou "travail") est le résultat d’une "Force" qui peut se déplacer sur une certaine distance ("déplacement").
Dans notre cas, cette force s’appelle "Gravitation" et correspond à "l’attraction terrestre" ; c’est elle qui fait que les objets chutent !
Cette force est d’autant plus importante que la masse des objets est grande: en conséquence, la quantité d’énergie disponible sera fonction de cette masse et du déplacement possible.

Application à l’hydraulique

La récupération d’énergie peut donc se faire au fil de l’eau lorsqu'on dispose de masse d'eau en mouvement, ou grâce à des chutes d'eau avec de fort dénivelés. Celles ci sont obtenues par des réservoirs naturels situés en altitude ou grâce à des barrages permettant de constituer des réserves importantes.

 

Historique

Rappelons que pendant des siècles la force motrice de l’eau a été utilisée au fil des rivières et cours d’eau pour faire tourner les moulins. L'énergie mécanique disponible servait à actionner les soufflets de forge, les lames des scieries ou faire tourner les meules qui broyaient les céréales ou la cellulose pour les transformer en farine ou faire de la pâte à papier.

 

Usine Hydrauélectrique en aval d'une retenue

De façon à optimiser la récupération de cette énergie, il faut la plupart du temps créer des réservoirs qui stockeront l’eau collectée dans lesquels on pourra puiser.

 

Aujourd’hui c’est essentiellement par l’intermédiaire des barrages que cette énergie est utilisée. L’eau est canalisée vers les turbines, situées au pied du barrage ou à distance, et les entraîne pour produire de l'électricité. C’est pourquoi on parle d’énergie hydroélectrique.
A noter que, dans certains cas, le système peut être utilisé pour stocker de l’énergie en utilisant l’électricité du réseau pour remonter l’eau à l’aide de pompes (ou de turbines réversibles).

 

Autres utilisations de la gravitation

Au niveau des océans, la différence de hauteur d'eau entre marée haute et marée basse a suscité des espoirs de récupération d'énergie dans les années 60. Un bel exemple est celui de l'usine marémotrice de la Rance. Au moment de ces grands espoirs, certains avaient même envisagé de fermer la baie du Mont St Michel…..
Selon une étude récente, au delà des problèmes techniques spécifiques et environnementaux, les potentiels en ressources sont très limités au niveau mondial (peu de zones avec de bons coefficients de marée adaptés et utilisables)

Une variante a également été envisagée au niveau de la récupération de l'énergie des vagues (combinaison de plusieurs sources gravitationnelle, éolienne,..). Actuellement il ne s'agit que de projets qui sont restés dans les cartons. Leur complexité rend leur rentabilité difficile à estimer.

2. Production, Ressources et localisations

2.1. En France

En France , il existe 450 grands barrages (barrages dont la hauteur est supérieur à 15 mètres) dont 220 sont utilisés pour produire de l'énergie (les autres sont utilisés pour l'alimentation en eau des villes, l'irrigation et l'alimentation des canaux).
La puissance est de 27,5 GW (milliards de Watt) dont :
- 18,2 GW proviennent de barrages de haute chute
- 4,4 GW proviennent de retenues au fil de l'eau
- 4,9 GW proviennent de STEP (turbinage-pompage).

La quantité d'électricité produite en  2013 est de 75,7 TWh soit 13,8 % de la production d'électricité en France.

Les grands aménagements hydrauliques, dont beaucoup ont été réalisés dans les années 50, ont été principalement implantés en montagne ou le long des grands fleuves.
On les connaît surtout lorsqu’ils sont associés à des grands ouvrages que le public peut contempler, voire visiter: Chambon, Bort les Orgues, Tignes (la plus haute voûte), Monteynard, Serre-Ponçon (le plus grand réservoir ~1,3.109 m3 ), Génissiat, Donzère-Mondragon….

 

Les 5 plus grands réservoirs

Millions de m3

Les 5 barrages les plus hauts

Hauteur

Serre Ponçon

1270

Tignes

180 m

Sainte Croix

767

Grand Maison

160 m

VouglansS

592

Monteynard

155 m

Bort les Orgues

447

Roselend

150 m

Le Mont Cenis

315

Le Chambon

136 m

 

La production électrique dépend de la capacité du réservoir et de la puissance installée. Mais d'autres paramètres peuvent influer sur cette production (variation climatique, maintien des niveaux pour raison touristiques,….).
Les puissances en jeu dans le cas des plus grosses unités sont de l’ordre de plusieurs centaines de Mégawatts
Mais il existe aussi d’assez nombreuses petites centrales hydrauliques (puissance allant de 5 MW à 10 MW), de micro centrales (de 100 kW à 5 MW), voire de pico centrales (moins de 100 kW), lesquelles ne correspondent pas nécessairement à un barrage.
Ces petites unités participent à hauteur de 10 % à la production d’origine hydraulique.

 

 

Le plus gros exploitant est EDF avec quelque 447 centrales hydroélectriques (allant de quelques dizaines de kilowatts de puissance à plusieurs centaines de mégawatts), 220 barrages dont 150 grands barrages (plus de 20 mètres de haut). Le reste étant entre les mains de GDF Suez à travers la Compagnie nationale du Rhône : CNR et la Société hydroélectrique du Midi : SHEM ex filiale de la SNCF.

Puissance et Production : quelques exemples

NOM

Puissance
installée MW

Production 1997 GWh

Grand'Maison

1690

921

Montézic

910

1404

Roselend

500

1132

Génissiat

417,4

1612

Serre-Ponçon

380

902

Monteynard

360

480

La CNR est libre de commercialiser son électricité (depuis le 1er avril 2001) et est aujourd'hui le 2ème producteur d'électricité français avec 3 % de la production électrique française et 25 % de la production hydroélectrique de l'hexagone (soit 2 fois la consommation annuelle de la ville de Lyon).

Toutes ces installations ont contribué à l’effort d’autonomie énergétique de la France et lui permette d’afficher aujourd’hui 13 % de production d’électricité à partir des énergies renouvelables.

Il y a ainsi environ 500 barrages en France, mais il n'y a maintenant pratiquement plus de ressources disponibles significatives sans impact sur l'environnement acceptable par le public. Les contraintes en terme de protection des cours d’eau limitent les possibilités d’ouverture de nouveaux sites, beaucoup de cours d’eau sont classés, excluant tout nouvel aménagement.

 

 

2.2. Dans le Monde

 

La puissance installée dans le monde en 2012 est de 1010 GW
La production d'électricité hydraulique dans le monde en 2012 est de 3660 TWh soit 16 % de la production mondiale d'électricité évaluée à 22 600 TWh. Le taux d'utilisation est donc d'environ 40 % du temps.

La production d'électricité hydraulique par pays est :
1- Chine 820 TWh
2- Brésil 420 TWh
3- Canada : 380 TWh
4- USA : 300 TWh
5- Russie : 160 TWh
6-Norvège : 140 TWh

On compte dans le monde entre 38 et 40000 barrages de toutes tailles. Parmi les plus grandes réalisations soit en terme de puissance installée ou de capacité on peut citer:

  • Owen Falls (Ouganda) capacité 20,8 Gm3

  • Bratsk (Russie) 169,3 Gm3.

  • Nasser-Assouan- (Egypte), 3 Gigawatts.

  • Kariba (Zimbabwe) 160,3 Gm3.

  • Les Trois Gorges (Chine): capacité 40 Gm3, la plus grosse puissance installée 18,2 Gigawatts (45 Twh).

  • Itaipu (Paraguay/Brésil): 29 Gm3, 14 GW, dix-huit turbines de type Francis, 100 TWh.

  • Belo Monte (Brésil/Amazonie) projet contesté de 11 GW.

  • Baie James, à l’est du Canada, où vingt-deux unités de 333 MW chacune fournissent une puissance totale d’environ 7 300 MW.

  • Grand Coulée (USA) 6,5 Gigawatts.

  • Robert Bourassa, baie James (Canada) 5,6 GW.
  • Inga III (RP Congo) 4,5 GW en projet.
  • Daniel Johnson (Canada) 142 Gm3, 2,5 GW.

  • Assouan (Egypte) 2,1 GW (1967)

     

    Répartition de la Production hydroélectrique

    en 2011 en milliards de kWh (TWh)

    Région

    TWh

    Asie

    600 TWh

    Amérique du Nord

    570 TWh

    Europe

    580 TWh

    Amérique Centrale et du sud

    390 TWh

    Etats de l'ex-URSS

    220 TWh

    Océanie

    78 TWh

    Afrique

    52 TWh

     

     

     

    Quelques mots sur deux des continents ou les ressources abondent.

     
    Cas de l'Afrique
    Une grande partie du territoire africain regorge de grands cours d'eau inexploités sous cet angle et renferme un potentiel hydraulique considérable. Ces cours d'eau pourraient fournir plus de 1 000 milliards de kWh par an. Il y en a actuellement seulement 52 Milliards de kWh exploités. Aujourd'hui c'est l'aménagement de certains des grands fleuves africains et de leurs affluents qui permet de fournir l'essentiel de l'électricité consommée dans les pays d'Afrique noire (100 % en Zambie, au Congo, au Ghana, dans la République démocratique du Congo, en Tanzanie, au Cameroun...90 % au Kenya, 75 % en Angola, Côte d'Ivoire 68 %...).

 

 

Cas de l'Amérique Latine
Ce continent compte sur son territoire parmi les plus grands fleuves du monde : l'Amazone, le Parana, le Sao Francisco et l'Orénoque. Pas étonnant, donc, que la plus grande partie de l'électricité consommée sur ce continent soit issue de la force des fleuves.
La centrale qui détient aujourdh'ui le record de production mondiale, Itaipu, est installée sur le fleuve Parana au Brésil. les 16 000 m3/s d'eau qui traversent ses turbines fournissent plus de 70 milliards de kWh par an, soit l'équivalent de toute la production hydroélectrique française.

3. Avantages et Inconvénients

 

Avantages :

  • Bon rendement (70-85%)
  • Possibilité de stocker de l'énergie en remontant de l'eau par pompage lors des creux de consommation d'électricité (Barrages de Grand Maison et du Verney)
  • Pas de pollution en exploitation
  • Régulation des cours d’eau (crues ,inondations)

Inconvénients :

  • L’impact écologique.(modification du milieu amont et aval (cas notoire des crues du Nil qui fertilisaient les berges sur plusieurs milliers de km).

  • Impact sur les populations à déplacer (1,2 millions de personnes déplacées pour les trois gorges et 20 villes inondées.

  • Investissement initial très important.
  • Le risque d’accident par lâchers d’eau (accidents du Drac) ou plus grave par rupture de l’ouvrage, soit par malfaçons soit par mouvement de terrain ou séismes (Malpasset en France + gros accident en Inde MACHLU).

  • Risque de conflit sur les rivières traversant plusieurs pays (ressource en eau pouvant être modifiée)

 

4. Notre point de vue

Sous réserve que soient bien prises en compte les difficultés de mise en place et les conséquences sur l'environnement (pas toujours bien connues lorsque l'on est dans des réalisations gigantesques) c'est l'Energie renouvelable par excellence.

 

5. En savoir Plus

 

Sites à consulter
http://www.industrie.gouv.fr/energie/hydro/f1_hydro.htm (Ministère Données générales/statistiques)
http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_12.html Site ADEME aides
http://www.edf.fr/index.php4?coe_i_id=420 Site EDF (plusieurs niveaux d'information dont scolaire )
http://www.barrages-cfbr.org/index2.html comité Français des barrages beaucoup de liens vers des sites nationaux ou internationaux.
http://www.observ-er.org/ inscription nécessaire.