L’énergie hydroélectrique, une source d’énergie propre et durable

L’énergie hydroélectrique exploite la puissance de l’eau pour la production d’électricité. En France, cette énergie renouvelable est produite dans des centrales hydroélectriques terrestres : centrales de lac, centrales d’éclusée, centrales au fil de l’eau, petites centrales hydrauliques ou stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). La production d’électricité liée à la puissance de l’eau résulte aussi des énergies marines. Bas carbone, disponible à la demande, l’hydroélectricité est un atout dans le mix électrique de la France. Même si la construction de barrages peut impacter l’environnement, le développement de l’énergie hydraulique accélère la transition énergétique mondiale.

Qu’est-ce que l’énergie hydroélectrique ou hydroélectricité ?

On appelle énergie hydraulique l’énergie créée par la puissance de l’eau. Lorsqu’elle sert à la production d’électricité, on parle d’énergie hydroélectrique ou hydroélectricité. L’hydroélectricité transforme l’énergie cinétique des cours d’eau ou de l’océan en énergie mécanique. En France, elle est principalement produite dans des centrales hydroélectriques (barrages avec réservoir ou barrages de déviation) installées sur un fleuve ou une rivière.

Comment fonctionne l’énergie hydroélectrique ?

Trois types d’installations permettent la production d’énergie hydroélectrique en France.

• Les centrales hydroélectriques gravitaires comme les centrales au fil de l’eau, les centrales de lac ou d’éclusée (de basse chute, haute chute ou moyenne chute) installées sur les cours d’eau.
• Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) dont l’aménagement se fait également sur des cours d’eau. Ces centrales permettent le stockage d’énergie.
• Les usines marémotrices, les installations hydroliennes qui utilisent l’énergie des océans.

Une production d’électricité au fil de l’eau en continu ou à la demande grâce aux barrages

Dans une centrale hydroélectrique au fil de l’eau, la production d’électricité est continue. Elle s’appuie sur le débit de l’eau d’un fleuve comme le Rhône par exemple. Dans des centrales hydroélectriques de lac ou d’éclusée, l’électricité est disponible à la demande. De grands barrages permettent le stockage de l’eau dans un réservoir (lac de retenue).

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) s’adaptent à la demande d’électricité. Dans les usines marémotrices ou les installations hydroliennes, la production d’électricité est intermittente.

Eau, turbine, alternateur, réseau électrique : le mécanisme de production de l’hydroélectricité

La puissance de l’eau, plus ou moins forte selon sa hauteur de chute du barrage ou son débit, enclenche une turbine dans une centrale hydraulique. Cette turbine actionne un alternateur qui produit un courant électrique alternatif. Un transformateur élève la tension électrique pour transporter l’électricité sur le réseau d’EDF en France. Une fois passée par la turbine, l’eau rejoint son cours d’eau par un canal spécifique.

Quels sont les différents types d’énergie hydroélectrique en France ?

En France, la puissance de l’eau est majoritairement exploitée dans des centrales hydroélectriques terrestres. Elles sont installées sur des cours d’eau (rivière ou fleuve). Il existe d’autres énergies hydroélectriques : les énergies marines.

• L’énergie hydrolienne utilise l’énergie des courants marins.
• L’énergie marémotrice se sert des variations du niveau de la mer lors des marées.
• L’énergie houlomotrice exploite le mouvement des vagues à la surface de l’eau.

 

Quels sont les avantages et inconvénients de l’énergie hydroélectrique ?

Contrairement aux énergies solaire ou éolienne, l’énergie hydroélectrique est mobilisable à la demande. Le stockage de l’eau grâce aux barrages répond aux pics de consommation d’électricité sans délai. Selon EDF, 10 minutes suffisent pour démarrer une centrale hydraulique. L’énergie hydroélectrique assure ainsi l’équilibre du réseau électrique.

Cette énergie renouvelable est par ailleurs une source d’électricité bas carbone. Les installations hydroélectriques émettent peu de CO2 (6 g par kWh en France). L’exploitation de l’énergie hydroélectrique joue sur le développement économique des territoires. Les lacs de retenue formés par les barrages sont propices aux activités touristiques.

Cependant, le coût initial des installations est un inconvénient majeur au développement de l’énergie hydroélectrique. La construction d’un barrage est onéreuse (aménagement de l’installation, coût des terrains expropriés). Une fois le barrage achevé, la capacité de réguler la production d’électricité rentabilise l’investissement. L’entretien des barrages occasionne peu de frais.

L’énergie hydraulique reste toutefois tributaire des précipitations pour le stockage de l’eau. La production hydraulique fluctue. Avec le changement climatique, les périodes de sécheresse se multiplient. Cela entraîne une forte baisse de la production hydroélectrique.

Dans quels secteurs utilise-t-on l’énergie hydroélectrique ?

L’énergie hydroélectrique n’est pas utilisée dans un secteur en particulier. L’électricité produite rejoint le réseau électrique d’EDF. En France, l’hydroélectricité est la deuxième source de production d’électricité et la première énergie renouvelable. La production et l’exploitation de l’électricité est règlementée par l’Etat.

Les particuliers, les collectivités et les petites entreprises peuvent utiliser cette énergie renouvelable de manière privée. Seule condition : la centrale installée sur le cours d’eau ne doit pas dépasser les 4,5 MW de puissance. L’aménagement est soumis à une autorisation préfectorale.

Les installations d’une puissance supérieure à 4,5 MW appartiennent à l’État. Leur construction et leur exploitation sont confiées à un opérateur sous le régime de la concession.

Quelles sont les technologies employées dans les centrales hydroélectriques ?

Le potentiel de production des centrales hydroélectriques dépend de la hauteur de chute ou du débit des cours d’eau. Elles utilisent également différents types de turbines.

Les centrales hydroélectriques de lac ou centrales de haute chute

Ces centrales utilisent des turbines de type Pelton. Ces centrales hydrauliques sont installées dans des secteurs à fort dénivelé (minimum 300 mètres). La hauteur de chute accentue la puissance de l’eau. Ces centrales sont équipées d’un barrage hydraulique. Il sert au stockage de l’eau dans un lac de retenue. L’ouverture ou la fermeture de vannes contrôle la production d’électricité.

Les centrales hydroélectriques d’éclusée ou centrales de moyenne chute

Les centrales d’éclusée utilisent des turbines de type Francis. Le dénivelé oscille entre 30 et 300 mètres. La puissance de la turbine varie selon le débit de l’eau. La production d’électricité de ces centrales équipées d’un barrage hydraulique est souvent plus importante que celle des centrales de haute chute. Leur capacité de stockage, en revanche, est moindre.

Les centrales hydroélectriques au fil de l’eau ou centrales de basse chute

Les centrales au fil de l’eau utilisent des turbines de type Kaplan. Ces centrales occupent des secteurs au dénivelé inférieur à 30 mètres, mais au débit d’eau important comme un fleuve ou une rivière. Elles s’appuient sur un barrage de déviation. Il n’a pas une fonction de stockage. Le barrage achemine l’eau vers la centrale hydraulique.

Les petites centrales hydrauliques (PCH)

La production d’électricité de ces installations est faible. Elles fonctionnent comme les centrales au fil de l’eau. Seule différence : le barrage ne dévie pas l’eau. Il crée un dénivelé artificiel. Le débit obtenu enclenche la turbine de la centrale.

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)

Les STEP sont des centrales possédant deux bassins à des altitudes différentes. Ces stations s’adaptent à la demande en électricité. En période creuse, l’eau est pompée vers le réservoir supérieur. En cas de pic de consommation, l’eau chute dans les turbines pour produire plus d’électricité.

Quel est l’impact environnemental et social de l’énergie hydroélectrique ?

La construction de barrages entraîne une modification de la régulation de l’eau. Cela perturbe les écosystèmes en amont et en aval de l’installation, notamment la migration des poissons. La création de lacs artificiels inonde des forêts ou des terres arables, forçant la faune et les habitants alentour à partir.

D’un point de vue social, la construction d’un barrage hydroélectrique entraîne l’expropriation des terres inondées. Par ailleurs, la proximité d’un barrage n’est pas sans danger. Les ruptures sont rares, mais possibles malgré les systèmes d’alerte. En Chine, l’accident du barrage de Bangiao a causé la mort de 26 000 personnes.

Quel est le rôle de l’hydroélectricité dans la transition énergétique mondiale ?

Face au changement climatique, le développement de l’énergie hydraulique s’accélère dans la production d’électricité mondiale. Selon Global Electricity Review 2024, l’hydroélectricité demeure la principale source d’énergie renouvelable productrice d’électricité dans le monde. En 2023, elle représentait 14,3 % du mix électrique mondial derrière deux énergies fossiles : le charbon et le gaz naturel.

La Chine reste le plus grand producteur d’hydroélectricité de la planète. En Islande ou au Canada, l’énergie hydraulique assure plus de la moitié de la production d’électricité. Le potentiel de l’hydroélectricité est également exploité en France. Elle était la deuxième filière productrice d’électricité avec 58,8 TWh en 2023, derrière le nucléaire.

L’énergie hydroélectrique est capitale dans le mix électrique de la France. Cette énergie renouvelable représente 10 % de la production d’EDF et même plus de 20 % lors des pics de consommation d’électricité. Au sein de l’Union européenne, EDF est le leader de l’énergie hydraulique. Vous souhaitez étudier les énergies renouvelables ? Découvrez les formations de l’ESI Business School.