L’énergie hydraulique, une alternative durable à la demande énergétique croissante
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En 2020, la France importe quasiment la totalité des hydrocarbures qu’elle consomme. Le pétrole constitue encore 28 % de ses sources d’énergie, et le gaz naturel 16 %. Les énergies renouvelables ne représentent que 14 % du bouquet énergétique primaire réel.
Depuis la révolution industrielle au début du XXe siècle, l’exploitation intensive des énergies fossiles épuise les ressources et asphyxie la planète. Les conséquences sur le climat sont dramatiques, et les prévisions non moins alarmistes. Les gouvernements doivent désormais considérer d’autres énergies durables. En novembre 2022, l’ONU déclare que la population mondiale a dépassé les 8 milliards d’habitants. Un chiffre qui implique une quantité tout aussi faramineuse de besoins en énergie.
En France, le ministère de la Transition énergétique a instauré les primes à la rénovation énergétique en 2023, dans une démarche générale de consommation plus raisonnée. Les ménages sont aussi invités à la sobriété. L’énergie hydraulique peut-elle répondre aux défis énergétiques mondiaux ? En quoi représente-t-elle une solution pour une consommation énergétique responsable et respectueuse de l’environnement?
Quels sont les avantages et les inconvénients de l'énergie hydraulique ?
L’évolution technologique a permis d’exploiter les mouvements naturels de l’eau pour produire de l’électricité dans des centrales hydrauliques. C’est l’hydroélectricité, ou plus génériquement « l’énergie hydraulique ».
Cette énergie est considérée comme une solution durable en adéquation avec les besoins énergétiques mondiaux croissants, car elle est :
- Renouvelable : elle provient d’une source naturelle dont la régénération est plus rapide que sa consommation.
- Verte : sa production n’émet pas de gaz à effet de serre, ne produit aucun déchet toxique et ne nécessite aucun additif chimique.
- Modulable : la puissance électrique peut être augmentée selon les besoins, si l’eau est stockée dans des réservoirs de barrages.
Par ailleurs, l’énergie hydraulique provient de l’eau sous plusieurs formes dont l’exploitation est encore large : chutes d’eau, fleuves, marées, vagues. Même lorsqu’elle est immobile, l’eau recèle une énergie potentielle par effet gravitaire. En mars 2023, l’énergie hydraulique constitue seulement 20 % de la puissance électrique totale produite en France.
Les désavantages de la production d'hydroélectricité
La production hydroélectrique à grande échelle comprend aussi des désavantages. Elle peut :
- Affecter l’écosystème avoisinant à cause des infrastructures extensives et envahissantes (poteaux, barrages, routes, etc.).
- Obliger des populations entières à changer d’habitat.
- Être onéreuse à cause des nombreuses installations requises dans le cas des centrales hydroélectriques, mais également pour prévenir les cataclysmes naturels.
La construction d’une centrale hydraulique est obligatoirement accompagnée de mesures sociales et environnementales. À ce titre, la loi Lema ou loi sur l’eau et les milieux aquatiques, visant à atténuer les impacts négatifs, a été établie le 30 décembre 2006. Elle prescrit une production plus responsable de l’hydroélectricité.
En outre, l’énergie hydraulique est tributaire de l’accès à l’eau. Or, le cycle de l’eau est profondément perturbé depuis quelques années à cause du réchauffement climatique, affectant les prévisions et les performances hydrauliques. Par conséquent, les technologies houlomotrice et marémotrice restent actuellement peu rentables.
Comment fonctionne une centrale hydraulique ?
La force motrice de l’eau a été utilisée très tôt pour actionner notamment des roues à aube. Ce système a permis jusqu’au XXe siècle le développement d’industries telles que les filatures de soie, les papeteries, les scieries, etc. Installées au fil de l’eau, les roues à aube étaient plus constantes que les moulins à vent.
Un des aménagements hydrauliques les plus anciens remonterait à 300 ans av. J.-C. : il s’agit de la noria, en Syrie. Celle-ci recourait à l’énergie hydraulique pour irriguer des terrains plus élevés par rapport au fleuve grâce à l’entraînement d’un système de roues à godets. En 1869, Aristide Bergès met au point le principe de l’hydroélectricité en France.
Pour fonctionner, une centrale hydraulique a besoin de « conduites forcées ». Ces tuyaux transportent l’eau d’une source vers la centrale. L’usine hydroélectrique est pourvue de turbines qui sont actionnées par la circulation de l’eau acheminée. À cette étape, l’eau constitue une source d’énergie cinétique. Les turbines sont fixées à un générateur. Ce dernier est entraîné mécaniquement par les turbines et produit de l’électricité. C’est ainsi que l’énergie cinétique est transformée en énergie électrique.
Quels sont les différents types de centrales hydrauliques ?
Il existe 3 catégories de centrales hydrauliques :
- Les centrales à réservoir dans lesquelles des barrages sont mis en place pour stocker l’eau en grande quantité.
- Les centrales réversibles qui disposent de deux réservoirs. L’un des réservoirs est placé plus haut que le second, et l’eau circule de façon gravitaire ou par pompage.
- Les centrales au fil de l’eau qui ne stockent pas l’eau. Elles ne dépendent que du débit de l’eau de la source.
Dans une centrale hydraulique alimentée par énergie marémotrice, des vannes sont remplies lorsque la marée monte. Puis lorsque la marée est au plus bas, elles sont ouvertes. Les turbines sont entraînées grâce à la différence de hauteur de l’eau. Il n’existe qu’une seule centrale marémotrice en France, celle de Rance, en Bretagne. Les inconvénients sont les mêmes qu’une centrale hydraulique cités précédemment. Ainsi, ils sont trop contraignants pour réitérer l’exemple.
La puissance électrique que pourrait produire l’énergie des vagues pour la France est de 40 TWh/an, dans la zone atlantique. Il existe plusieurs systèmes permettant de transformer l’énergie houlomotrice en énergie électrique. Toutefois, ils restent onéreux, difficiles à mettre en œuvre, et leurs impacts sur l’écosystème marin sont rédhibitoires.
Il reste que le gouvernement français s’est engagé à atteindre la neutralité carbone en 2050 (11) et que l’énergie hydraulique doit y contribuer.
Questions fréquemment posées
Comment est produite l'énergie hydraulique ?
L’énergie hydraulique est produite par le mouvement de l’eau. Elle peut provenir de différentes sources telles que la marée, un lac, une rivière, l’océan, etc. Elle peut aussi provenir d’un barrage ou d’un réservoir lorsque l’eau est stockée.
Comment l’énergie hydraulique se transforme-t-elle en électricité ?
L’eau d’une source (lac, rivière, mer, etc.) est acheminée vers la centrale hydraulique à l’aide de tuyaux appelés « conduites forcées ». Cette eau en mouvement va actionner une turbine qui entraîne un générateur. L’énergie dite cinétique se transforme ensuite en électricité. Plus le volume d’eau de la centrale est élevé, plus il y aura d’électricité produite.
Quels sont les 3 types de centrales hydrauliques ?
Il existe 3 catégories de centrales hydrauliques :
- Les centrales à réservoir dans lesquelles des barrages sont mis en place pour stocker l’eau en grande quantité
- Les centrales réversibles qui disposent de deux réservoirs. L’un des réservoirs est placé plus haut que le second, et l’eau circule de façon gravitaire ou par pompage
- Les centrales d’eau courante qui ne stockent pas l’eau. Elles ne dépendent que du débit de l’eau de la source
L'eau est-elle une source d'énergie renouvelable ?
Oui, l’eau est considérée comme une source d’énergie renouvelable. Le cycle de l’eau est naturel et permanent. Sous l’action du soleil, l’eau est transformée en vapeurs d’eau qui se transforment en nuages. Les nuages, poussés par le vent, font tomber de la neige ou de la pluie. Ces phénomènes naturels alimentent ensuite les eaux, sources d’énergie hydraulique.