Energie hydraulique
- Définition
- La centrale hydroélectrique ou hydraulique
- Production et consommation d'énergie hydraulique (ou hydroélectrique)
- L'avenir
Définition
L'énergie hydraulique est l'énergie mise en jeu lors du déplacement ou
de l'accumulation d'un fluide incompressible telle que l'huile, l'eau
douce ou l'eau de mer.
Ce déplacement produit un travail mécanique qui est soit :
-
directement utilisé sous forme d'énergie mécanique
-
l'eau d'un ruisseau fait tourner la roue d'un moulin à eau ou d'une noria
-
dans une machine hydraulique, l'huile mise sous pression par une pompe et injectée dans un vérin pousse une lourde charge en exerçant une force qui peut atteindre plusieurs tonnes.
-
dans un convertisseur de couple, l'huile propulsée par une turbine sur une autre turbine, transmet un couple sans à-coups et avec un effet multiplicateur.
-
converti en énergie hydroélectrique (production d'électricité)
-
une centrale hydroélectrique utilise l'énergie de la hauteur de chute et du débit d'un cours d'eau
-
d'autres centrales utilisent l'énergie des marées, l'énergie des vagues et l'énergie des courants marins
L’énergie hydraulique est connue depuis longtemps. C’était celle des moulins à eau, qui fournissaient de l’énergie mécanique pour moudre le grain ou puiser de l’eau. Aujourd’hui, l’énergie hydraulique nous sert principalement à fabriquer de l’électricité dans les centrales hydroélectriques. Pour cela, on se sert de l’énergie des chutes d’eau. De l’eau qui tombe d’une chute (forte variation d’énergie potentielle) apporte en effet une énergie beaucoup plus concentrée que de l’eau qui coule dans une rivière (énergie cinétique).
L’énergie hydraulique est une manifestation indirecte de l’énergie du soleil, comme beaucoup de sources d’énergie sur terre (le vent, la houle, la biomasse, les énergies fossiles…). Sous l’action du soleil, l’eau s’évapore des océans et les nuages se déplacent au gré des vents. Des abaissements de température au-dessus des continents provoquent la condensation de la vapeur d’eau. La pluie et la neige (les précipitations) alimentent ainsi l’eau des rivières et des lacs.
La centrale hydroélectrique ou hydraulique
Elle comporte 3 éléments :- Un barrage, pour créer une chute d’eau importante. Le barrage permet aussi souvent de créer un réservoir de stockage de l’eau, ce qui permet à la centrale de continuer à fonctionner, même en période de basses eaux.
- Un canal de dérivation, qui prélève l’eau nécessaire au fonctionnement de la centrale. Cela peut être un canal à ciel ouvert, une galerie souterraine ou une conduite. Certaines centrales de basse chute n’utilisent pas de canal de dérivation.
- La centrale elle-même, appelée aussi usine. C’est là que la chute d’eau fait tourner une turbine qui entraîne le générateur d’électricité (en général, un alternateur).
Outre son intérêt pour la production d’énergie, un barrage permet aussi de réguler les crues d’un cours d’eau. Et il offre un réservoir d’eau pour l’irrigation agricole, et même parfois les loisirs (plages, sports nautiques).
La décision
de construire un barrage hydroélectrique dépend de 3 conditions :
-
De bonnes
conditions topographiques : l’idéal, ce sont les gorges d’un cours
d’eau, ou un resserrement en général. Si l’on veut stocker un
maximum d’eau, il faut aussi calculer le volume de la cuvette en
amont du barrage. Une vallée large et plate, c’est parfait !
-
De bonnes
conditions géologiques : les roches sur lesquelles s’appuie le
barrage doivent être stables et étanches, à la fois pour des raisons
d’efficacité et de sécurité.
-
De bonnes
conditions hydrologiques : les précipitations sur le bassin-versant
qui alimente la cuvette du barrage doivent être suffisantes pour la
remplir et compenser les pertes d’évaporation du lac de retenue.
Il
faut aussi bien sûr convaincre les éventuels habitants de la cuvette qui
va être submergée de déménager et les indemniser.
Il
existe deux grands types de barrages :
- Les barrages-poids,
qui s’appuient entièrement sur le sol du soubassement. Ce sol doit être
particulièrement résistant, puisqu’il va encaisser toute la poussée de
l’eau retenue. Les barrages-poids sont en béton, ou en remblais de terre
ou de roches.
- Les barrages-voûtes,
en forme d’arc convexe, qui s’appuient en grande partie sur
leurs parois latérales rocheuses. Ces parois doivent être saines et sont
inspectés régulièrement. Ce type de barrage est utilisé dans les vallées
étranglées, pour des largeurs de barrage ne dépassant pas 6 fois sa
hauteur.
Les barrages ne retiennent pas que de l’eau : ils arrêtent aussi les
sédiments érodés par les cours d’eau qui alimentent la cuvette de
retenue. Ils ont donc tendance à s’envaser plus ou moins vite. Exemple :
à sa mise en service, le barrage de Sanmenxia, sur le Houang Ho en
Chine, a perdu en 4 ans 41 % de sa capacité de stockage, en raison de la
sédimentation de boues.
Il faut donc prévoir soit de pomper ces sédiments, soit de les vidanger
régulièrement en utilisant une conduite de vidange placée à la base du
barrage. Ces vidanges sont délicates. Attention à l’afflux d’eau boueuse
en aval du barrage : les habitants et les poissons n’aiment pas ça !
La
conception d’un barrage hydroélectrique doit tenir compte des risques et
les limiter au maximum :
- Etude de la résistance aux crues : en 1889, le barrage de Johnston,
aux États-Unis, cède sous l’effet d’une crue : 2 000 victimes. Tous les
barrages sont aujourd’hui équipés d’évacuateurs de crues.
- Etude de la résistance du barrage aux séismes. Il faut aussi tenir
compte de la stabilité des sols entourant la cuvette de retenue : en
1963, un gigantesque glissement de terrain se précipite dans le lac de
retenue du barrage de Vaiont, en Italie. Le barrage résiste, mais une
énorme vague d’eau passe par-dessus : 3 000 victimes dans la vallée en
aval.
- Contrôle permanent du barrage lui-même : infiltrations d’eau dans le
corps du barrage ou sous le barrage (effet « de renard »), déformations…
- Etude de l’impact écologique, en particulier autour et en aval des
très grands barrages. Exemple : la construction sur le Nil du
gigantesque barrage d’Assouan en Égypte (160 milliards de m3
de capacité de retenue) a provoqué plusieurs effets, entre autres une
baisse sensible de la teneur en limons de l’eau, en aval du barrage.
Résultat : le delta du Nil, qui avançait jusque-là sur la mer, a
commencé à reculer (retrait du rivage de plusieurs dizaines de mètres
par an à certains endroits), et les paysans du delta ont dû utiliser
davantage d’engrais pour maintenir les rendements agricoles, en raison
du déficit des limons apportés par la crue annuelle avant la
construction du barrage.
L’impact écologique des barrages de taille moyenne n’est pas nul non
plus. Exemple : l’eau dormante de la retenue d’un barrage a tendance à
être sous-oxygénée : les poissons qui reçoivent l’eau appauvrie qui
alimente les turbines de la centrale n’apprécient pas. Et à l’inverse,
quand on lâche brutalement de l’eau du haut du barrage, elle s’enrichit
beaucoup en oxygène et contient des micro-bulles d’air. Les poissons
n’aiment pas ça non plus… Pas faciles à satisfaire, ces petites bêtes !
- Etude de l’impact humain. La mise en eau des grands barrages, en
particulier, oblige à déplacer de nombreuses personnes et peut noyer
d’importantes surfaces de terres cultivées. Exemple : la mise en eau du
plus grand barrage hydroélectrique du monde, celui des Trois Gorges sur
le Yang Tse Kiang, en Chine, a commencé en 2003 et se terminera en 2009
(
Production et consommation d'énergie hydraulique (ou hydroélectrique)
Quels sont les
principaux pays producteurs d’énergie hydroélectrique (ou hydrolectrique)
?
En 2005,
| Pays | Production hydroélectrique (milliards de kWh) |
| Chine | 397 |
| Canada | 360 |
| Brésil | 334 |
| Etats-Unis | 270 |
| Russie | 173 |
| Norvège | 134 |
| Inde | 99 |
| Japon | 77 |
| Venezuela | 74 |
| Suède | 72 |
| France | 51 |
| Paraguay | 51 |
| Turquie | 46 |
| Italie | 41 |
Et par zones
géographiques :
Les pays producteurs d’hydroélectricité en sont aussi
les consommateurs, même si certains pays comme
La production hydroélectrique mondiale en 2005 atteint 2 900 TWh
(milliards de kWh). Cela représente 16,7 % de la production totale
d’électricité (17 350 TWh).
| Continent | Production hydroélectrique en 2004 (milliards de kWh) |
| Amérique du Nord | 658 |
| Amérique centre et Sud | 613 |
| Europe occidentale | 543 |
| CEI | 241 |
| Moyen-Orient | 21 |
| Afrique | 89 |
| Asie | 735 |
| Total Monde | 2 900 |
L'avenir
Les avantages
L’hydroélectricité fait partie des énergies renouvelables et non
polluantes : pas de dégagement de gaz à effet de serre, ni de production
de déchets toxiques. Les risques d’accident (rupture de barrage) sont
très faibles, grâce à un contrôle continu des ouvrages. Les risques
principaux sont d’ordre écologique local, en particulier en aval du
barrage. Ils concernent surtout les très grands barrages.
La production hydroélectrique mondiale a progressé sur 10 ans, entre
1992 et 2002, de 19 %, mais moins vite que la consommation mondiale
d’électricité (+ 32 %) ! Et cette progression est très faible en
Amérique du Nord et en Europe.
On pense que le potentiel hydroélectrique exploitable de la planète
serait d’environ 14 000 TWh, soit 5 fois plus que le potentiel exploité
aujourd’hui. Ce potentiel global se situerait pour 1/4 en Asie, 1/4 en
Amérique du Sud et 1/4 dans l’ex-URSS. Mais son développement actuel est
très contrasté : l’Europe et l’Amérique du Nord exploiteraient déjà la
moitié de leur potentiel, mais l’Asie 11 %, l’ex-URSS 7 % et l’Afrique
4 % seulement.
Propre et avec un potentiel inexploité important, l’énergie
hydroélectrique devrait logiquement beaucoup se développer dans les
prochaines décennies.
Les inconvénients
Toutefois, il existe 3 freins importants à ce développement :
- le problème social des personnes déplacées. Il faut que leur
déplacement n’aboutisse pas à une régression de leur niveau de vie, ce
qui coûte cher à concevoir et à mettre en application : il faut les
reloger correctement, leur trouver un travail au moins aussi bien
rémunéré qu’auparavant…
- les problèmes d’environnement et de perturbation de l’équilibre
écologique, en amont et en aval du barrage, qui nécessitent des études
sérieuses ;
- les grands et moyens barrages coûtent très cher : les gouvernements
cherchent de plus en plus à faire appel à des fonds privés pour les
financer. Et les investisseurs privés pourraient se détourner des
projets hydroélectriques en privilégiant le développement des énergies
fossiles, en raison des erreurs qui ont souvent été commises jusqu’ici
dans la construction des grands barrages : programmes de déplacement des
populations mal conçus et mal réalisés ; coûts nettement plus élevés que
prévu à l’origine; manque de discipline et retards importants lors de la
construction : processus de prise de décision davantage politique
qu’économique… Tout cela n’étant pas du tout favorable à la rentabilité
des projets !
L’avenir du développement de l’hydroélectricité dépend donc de la
capacité des gouvernements et du secteur public à s’entendre avec le
secteur privé, afin que celui-ci accepte d’investir dans la construction
de barrages.
Source planete-energies.com