article général
L’hydroélectricité est l’une des plus anciennes techniques permettant de produire de l’électricité. C’est une technologie fiable, très rentable à long terme et environnementale.
Principe de l’hydroélectricité : capter la force motrice de l’eau pour produire de l’électricité
Une masse d’eau en mouvement possède une énergie hydraulique. Le principe de l’hydroélectricité est de capter et convertir cette énergie hydraulique en énergie mécanique puis électrique : l’eau entraîne la rotation d’une turbine qui, accouplée mécaniquement à un alternateur l’entraîne en rotation afin de produire de l’électricité.
Il existe deux types d’aménagements :
- les aménagements « gravitaires » qui utilisent les « chutes d’eau » (grands barrages et centrales au « fil de l’eau » voir plus bas), ce sont les ouvrages les plus répandus ;
- les « usines marémotrices » qui utilisent les mouvements des mers dûs aux marées et aux courants marins.
Les aménagements gravitaires
Dans ce cas, la puissance hydraulique disponible résulte de la conjonction de deux facteurs
- La hauteur de la chute, ou dénivellation du cours d’eau ;
- Le débit de la chute ;
La conversion de cette énergie en énergie électrique dépend également du rendement des installations soit le rapport Puissance électrique/Puissance Potentielle de la chute d’eau. Il est en en moyenne de 0.7, ainsi pour une simple estimation on prend un rendement de 70%.
On peut alors calculer le potentiel hydroélectrique d’un cours d’eau par la formule suivante :
| P = Q . H . g . e |
|---|
| P : Puissance potentielle de la turbine en kW
Q : Débit de la chute en m3/s H : Hauteur de chute en mètres g : Constante de gravité (≈10N/kg) e : Efficacité de la turbine (on choisit généralement 0,7 pour une estimation) |
En pratique : les aménagements hydroélectriques
Un aménagement hydroélectrique se compose :
- d’ouvrages de génie civil plus ou moins important selon la taille de l’ouvrage, qui permet d’orienter le débit du cours d’eau vers les installations hydromécaniques. Selon les cas, il peut s’agir :
- d’un barrage ;
- des ouvrages de dérivation (canal, conduite forcée, canal de fuite) ;
- du bâtiment de la centrale (qui abrite les éléments hydromécaniques) ;
- d’une installation hydromécanique, qui transforme l’énergie hydraulique en énergie mécanique, il s’agit :
- de la turbine ;
- de ses éléments de régulation (vannes) ;
- d’une installation électromécanique, qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique, il s’agit :
- de l’alternateur ;
- éventuellement d’un élément de couplage entre la turbine et l’alternateur ;
- d’une installation électrique :
- un système de contrôle ;
- un système de régulation ;
- un système distribution du courant électrique (transformateur).
Cependant, il est à noter qu’un aménagement hydroélectrique et toujours un cas particulier : les éléments cités ci dessus sont choisis en fonction de la taille et du type du cours d’eau à équiper ainsi que de la puissance électrique que l’on souhaite produire.
Classification des ouvrages
On distingue deux types d’équipements hydroélectriques :
Les grands barrages dont la puissance est supérieure à 10 MW. Il s’agit de grands ouvrages, très coûteux, dont la constructions prend de nombreuses années les impacts environnementaux sont importants (inondations de vallées, déplacements de populations…). Ces ouvrages sont connectés aux réseaux électriques nationaux.
La petite hydroélectricité dont la puissance est inférieure à 10MW. Il s’agit principalement d’ouvrages « au fil de l’eau » dont les impacts écologiques sont minimes. Ces centrales sont souvent utilisés pour des réseaux isolés ont un potentiel de développement important pour l’électrification des PVDs.
Pour en savoir plus sur la petite hydroélectricité voir l’article suivant :
> Petites centrales hydroélectriques : généralités.
Coût de l’hydroélectricité
Malgré des coûts de réalisation généralement élevés, les coûts de maintenance sont raisonnables, les installations sont prévues pour durer longtemps, et l’énergie de l’eau est gratuite et renouvelable si elle est bien gérée . Donc le bilan est plutôt positif, c’est un des systèmes de production d’électricité les plus rentables.
Impacts environnementaux
L’hydroélectricité est considérée comme une énergie propre et inépuisable, contrairement au pétrole ou au gaz naturel.
L’utilisation d’énergie de source hydraulique plutôt que provenant de sources non renouvelables est globalement positive pour l’environnement. Cependant les impacts environnementaux peuvent être très importants, surtout lors de la mise en place de structures souvent lourdes permettant la récupération d’énergie hydraulique.
Ces impacts varient avec le type et la taille de la structure mise en place : ils sont faibles s’il s’agit d’exploiter les chutes d’eau naturelles (ouvrages « au fil de l’eau ») mais ils deviennent très importants s’il s’agit de créer des barrages et des retenues d’eau artificielles.
Quelle que soit la taille de l’installation, il faut néanmoins faire de sérieuses études d’impact sur l’environnement avant de construire une installation hydraulique (une centrale au fil de l’eau peut par exemple perturber la migration de certaines espèces, une « échelle à poissons » doit alors être installée).
Le bilan en gaz à effet de serre des systèmes hydroélectriques est à priori positif. Il faut néanmoins tenir compte qu’il faut plusieurs années avant que le CO2 dépensé lors de sa construction soit compensé par l’électricité produite. Par ailleurs, de récentes recherches émettent de très sérieux doutes sur le bilan en gaz à effet de serre des systèmes hydroélectriques : l’activité bactériologique dans l’eau des barrages (surtout en régions tropicales) relâcherait d’énormes quantités de GES (pour en savoir plus voir l’article : « Les barrages plus polluants que les centrales à charbon » publié dans Nature en novembre 2006).
Pour en savoir plus sur la petite hydroélectricité et l’environnement voir également l’article : « Petite hydroélectricité et environnement«
Pour d’autres informations sur l’hydroélectricité (guides et articles techniques…) voir l’article : Petites centrales hydroélectriques : généralités.