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L'Energie Hydraulique

Index:

Le minimum à savoir

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

 

 Le Cycle de l'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.

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

 

 

Usine Hydrauélectrique en aval d'une retenue

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.

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Production, Ressources et localisations

En France

L'hydraulique représente 95 % de la production d'électricité d'origine renouvelable et plus de 12 % de la production électrique française, soit 68 TWh sur un total de 549 TWh (valeur de 2008).

La puissance installée en france en 2009 est de 25 000MW ou 25 GW, l'équivalent en puissance de 25 réacteurs nucléaires moyens. C'est le deuxième parc européen, après la Norvège.

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.

 

     Puissance et Production:     quelques exemples 

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.

 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.

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Dans le Monde

La puissance installée est de 777 GW soit 19 % de la puissance totale de la production d'électricité mondiale.
La production mondiale est de 2350 TWh soit 16 % de la production mondiale d'électricité.

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
     

     ITAIPU au Paraguay
    La plus grosse puissance installée avec le barrage desTrois Gorges en Chine (source Encarta)

  • 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 par an 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


Les principaux pays producteurs d'électricité hydraulique sont :

1 - Chine : 430 TWh
2- Canada : 352 TWh
3- Brésil : 345 TWh
4 - USA : 289 TWh
puis dans l'ordre la Russie, la Norvège,, l'Inde ...


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.

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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)


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.

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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=420Site EDF (plusieurs niveaux d'information dont scolaire )
http://www.barrages-cfbr.org/index2.htmlcomité Français des barrages beaucoup de liens vers des sites nationaux ou internationaux.
http://www.observ-er.org/  inscription nécessaire.

GLE/PCN 10/05/2010