L’énergie hydraulique est la source d’énergie renouvelable la plus importante, fournie par toutes formes de mouvement de l’eau : les courants, les marées, les vagues, les chutes et les cours d’eau. Découvrons ensemble ce qu’est l’énergie hydraulique.
Energie hydraulique : un peu d’histoire
Connue de longue date, l’énergie hydroélectrique était générée par des moulins à eau déjà au cours de l’Antiquité ; l’énergie mécanique générée permettait de puiser de l’eau, de moudre le grain ou encore de fabriquer du papier.
La toute première centrale électrique est créée en 1878 par William George Armstrong ; elle génère 7 kW et permet d’alimenter le domaine de Cragside. Au fil des années, de nombreux progrès technologiques (notamment en Suisse) furent à l’origine d’importantes spéculations boursières et, par la suite, ont facilité l’implantation industrielle de sociétés hydroélectriques dans les Alpes.
En France, le pays connaît une grande expansion dès 1920, suite à la construction des premiers barrages hydrauliques.
Utilisation de l’énergie hydroélectrique
Il y a deux utilisations possibles de l’énergie hydroélectrique : de façon directe (par l’utilisation du moulin à eau) ou avec une centrale hydroélectrique, qui convertit l’eau en énergie électrique. L’énergie hydraulique est utilisable instantanément et n’émet aucun gaz à effet de serre. A long terme, c’est une source d’énergie renouvelable très économique.
Comment est produite l’énergie hydraulique ?
C’est en exploitant l’énergie mécanique de l’eau que peut être produite l’électricité hydraulique. On tient compte dans ce procédé autant de l’énergie cinétique et potentielle de l’eau. Les hommes ont commencé par l’utilisation des moulins à eau, depuis l’Antiquité. Aujourd’hui, la force de l’eau active non plus une roue, mais une turbine de centrale hydraulique / hydroélectrique.
Cette turbine déclenche alors un alternateur afin de produire de l’électricité, et donc de l’énergie hydroélectrique. Le procédé est intégré à des constructions très impressionnantes situées sur des rivières, des fleuves, ou au niveau de barrages hydrauliques. Sur les plus petits cours d’eau, les centrales sont de taille proportionnelle.
La production d’énergie hydraulique dans le monde
Au niveau mondial, l’énergie hydraulique atteint 16% et représente la troisième source de production électrique après le charbon et le gaz. Au total, 3 400 TWh sont produits par l’énergie hydraulique. Plus de 40 pays produisent leur électricité hydraulique à hauteur de 20% de leur production nationale. Il existe 20 pays qui en produisent plus de 50%, dont 6 sont Européens : la Suisse, la Norvège, l’Autriche, l’Islande, la Croatie et la Lettonie.
La croissance mondiale est importante, notamment en Asie et en Amérique du Sud. Aujourd’hui, l’Asie est le tout premier producteur d’électricité hydraulique, totalisant 26% du total produit mondialement. Les plus importants barrages hydrauliques au monde se trouvent en Chine (les Trois Gorges, Jinping), au Tadjikistan (Nourek), aux Etats-Unis (Grande Coulée, Hoover) et en Espagne (Almendra). Le plus grand barrage au monde verra probablement le jour en 2024 au Congo (barrage Inga 3).
Le fonctionnement d’une centrale hydraulique
Avant toute chose, toute centrale hydraulique se doit de créer une rétention naturelle de l’eau sous la forme d’un lac, par exemple. C’est le cas des barrages hydrauliques. L’eau alors stockée peut être déversée en fonction des nécessités en production d’électricité. A ce moment, on ouvre les vannes pour laisser l’eau s’engouffrer dans les conduites forcées, qui sont de longs tuyaux métalliques. Les tuyaux acheminent alors l’eau en contrebas, vers la centrale hydraulique.
En France, la majorité des centrales hydroélectriques sont totalement automatisées ; leur mise en marche dépend d’un programme prédéfini, qui s’enclenche sitôt que les besoins en électricité sont connus. Une fois que l’eau sort de la conduite, elle fait tourner une turbine grâce à la force cinétique. La turbine alors actionnée déclenche l’alternateur. Ce dernier est ensuite capable de produire du courant électrique.
Plus une centrale hydraulique peut générer un débit d’eau important, et plus la puissance de cette dernière est élevée. L’électricité produite par l’alternateur est acheminée vers un transformateur, lequel élève la tension du courant électrique. Celui-ci est alors transporté dans les lignes à haute tension. Au niveau de l’eau turbinée, elle rejoint la rivière par un canal de fuite, une fois son action sur la turbine achevée.
Les centrales hydroélectriques en France
En France, il existe trois grandes familles d’installations hydrauliques. En haute montagne, des barrages retiennent l’eau provenant de la fonte des neiges, des glaciers et des torrents. Le lac de retenue ainsi formé peut ensuite être écoulé sur une hauteur de 300 m. C’est au Portillon que se trouve la hauteur de chute la plus grande, avec 1420 m.
Les centrales de lac dites d’éclusée (ou de moyenne chute) sont installées en moyenne montagne, dans les régions au bas-relief. Leur dénivelé est assez fort, avec un débit moyen (chutes entre 30 et 300 m).
Enfin, les centrales de basse chute ou au fil de l’eau présentent un dénivelé faible mais un débit très fort (chute de moins de 30 m). Ce sont des centrales installées sur le cours de grandes rivières ou de fleuves. L’électricité est produite en temps réel, en l’absence de bassin de retenue d’eau. Il existe une autre catégorie de centrale hydraulique : les petites centrales hydrauliques. Ces centrales génèrent 12% de l’énergie hydraulique en France.
La production d’électricité hydraulique en France se monte à 53,6 TWh en 2017. Les variations peuvent être importantes d’une année à l’autre, notamment en raison de la pluviométrie. A 79%, la capacité hydraulique nationale est répartie en Occitanie, en Auvergne Rhône-Alpes et en Provence-Alpes-Côte d’Azur.
Qu’est-ce qu’une hydrolienne ?
Une hydrolienne peut être définie comme une éolienne sous-marine. Ses pales tournent en fonction des courants marins : l’électricité est alors produite par une dynamo, qui fonctionne grâce à l’énergie mécanique produite. Le rôle d’une hydrolienne est d’utiliser les mouvements de la mer pour transformer l’énergie des courants marins en électricité.
Il en existe plusieurs catégories : la transformation des courants de marée près des côtes, l’utilisation par des usines marémotrices de l’énergie générée par les différentes marées, ou encore des dispositifs captant l’énergie des vagues par pompage (colonnes oscillantes, bouées), puis par turbine.
