L'hydroélectricité
L'hydroélectricité exploite la force de l'eau pour produire de l'électricité. C'est la plus ancienne des grandes énergies renouvelables, et elle reste, à l'échelle mondiale, la première source d'électricité renouvelable.
Fonctionnement d'une chaudière à granulés
Le principe est simple : l'eau, libérée depuis une hauteur, entraîne une turbine qui fait tourner un alternateur.
Le barrage retient l'eau et crée une différence de hauteur appelée chute. La conduite forcée l'achemine jusqu'à la turbine. La turbine convertit l'énergie de l'eau en énergie mécanique, l'alternateur la convertit en électricité, et un transformateur élève la tension pour l'injecter sur le réseau.
La puissance dépend du produit de deux grandeurs : la hauteur de chute et le débit. Une petite chute avec un gros débit et une grande chute avec un faible débit peuvent produire autant, mais elles n'appellent pas les mêmes machines.
Types de turbines hydrauliques
Trois familles couvrent l'essentiel des installations.
La turbine Pelton, à augets, convient aux très hautes chutes et aux faibles débits : c'est la turbine de haute montagne.
La turbine Francis, à roue fermée, couvre les chutes moyennes et la plus grande part du parc mondial.
La turbine Kaplan, à hélice à pales orientables, convient aux basses chutes et aux forts débits : c'est celle des installations de rivière.
Types de centrales hydroélectriques
La centrale au fil de l'eau turbine le débit du cours d'eau sans le stocker. Elle produit en continu, avec une production qui suit l'hydrologie et ne se pilote pas.
La centrale de lac dispose d'une retenue importante, remplie à la fonte des neiges et vidée selon les besoins. Elle produit quand on le décide, ce qui en fait un outil de pointe précieux.
La centrale d'éclusée occupe une position intermédiaire, avec une retenue permettant un pilotage à l'échelle de la journée ou de la semaine.
La petite hydroélectricité, sur des seuils et des dérivations de rivière, représente un grand nombre d'installations pour une puissance modeste.
Stockage par pompage
Les stations de transfert d'énergie par pompage sont aujourd'hui la principale forme de stockage massif d'électricité au monde, et de très loin.
Le principe : deux retenues à des altitudes différentes. Quand l'électricité est abondante ou peu chère, on pompe l'eau du bassin bas vers le bassin haut. Quand elle manque, on la turbine.
Le rendement du cycle complet atteint 70 à 80 %, et la puissance est mobilisable en quelques minutes. Avec la montée en puissance de la production variable, ces installations retrouvent une valeur considérable.
Avantages d'un tuyau flexible
Une ressource renouvelable, alimentée par le cycle de l'eau. Une production sans émission de gaz à effet de serre en fonctionnement, ce qui contribue à la lutte contre le changement climatique.
Une réactivité exceptionnelle : une centrale de lac passe de l'arrêt à la pleine puissance en quelques minutes, ce qu'aucune centrale thermique ne sait faire. C'est ce qui en fait un pilier de la stabilité des réseaux.
Une durée de vie très longue, les ouvrages se comptent en décennies, parfois en plus d'un siècle, et des coûts d'exploitation faibles une fois l'investissement amorti.
Et la capacité, pour certaines installations, de redémarrer un réseau après un effondrement général, sans alimentation extérieure.
Inconvénients de l'hydroélectricité
L'impact sur les écosystèmes est le principal. Un barrage fragmente le cours d'eau, bloque la migration des poissons, retient les sédiments, ce qui appauvrit l'aval et les littoraux, et modifie la température et la qualité de l'eau.
Les éclusées, ces variations rapides de débit liées au turbinage, perturbent la vie aquatique en aval.
Les grands ouvrages supposent en outre l'ennoiement de vallées, avec des déplacements de population et des pertes de terres agricoles et de patrimoine.
Les coûts initiaux sont élevés, même si les coûts d'exploitation sont faibles ensuite. Et la production dépend de l'hydrologie : les sécheresses prolongées font chuter la production de manière sensible, ce qui s'est vérifié lors des étiages récents.
Continuité écologique des cours d'eau
Le droit européen et le droit français imposent de restaurer la continuité écologique des cours d'eau : passes à poissons, débit réservé garanti à l'aval, transit sédimentaire, et parfois effacement des ouvrages les moins utiles.
Ces obligations créent une tension réelle entre production renouvelable et restauration des milieux, et elles sont au cœur des débats sur le renouvellement des concessions hydroélectriques.
En France
L'hydroélectricité est la deuxième source de production électrique du pays et la première renouvelable. Le parc, largement construit au vingtième siècle, est concentré dans les Alpes, les Pyrénées, le Massif central et sur le Rhône.
Le potentiel de développement porte moins sur de nouveaux grands ouvrages, les meilleurs sites sont équipés, que sur la modernisation des installations existantes, l'équipement de seuils déjà présents et le développement du stockage par pompage.