L’hydroélectricité : définition, fonctionnement, objectifs …

L’hydroélectricité : qu’est-ce que c’est ?

On appelle hydroélectricité l'électricité produite à partir d'énergie hydraulique, c'est-à-dire l'énergie fournie par l'eau (au même titre qu'on appelle énergie solaire l'énergie fournie par le soleil). L'énergie hydraulique peut se trouver sous plusieurs formes et dans tous types de cours d'eau : sous forme d'énergie cinétique dans les marées, les vagues ou les courants marins et sous forme d'énergie potentielle dans les chutes d'eau.

Comment produire de l’hydroélectricité ?

Concepts physiques

L'hydroélectricité repose sur des concepts physiques fondamentaux, notamment la conservation de l'énergie et les principes de la dynamique des fluides. La conversion de l'énergie cinétique de l'eau en énergie électrique se fait grâce à des turbines hydrauliques. Cette énergie cinétique est soit naturelle (provient des courants), soit artificielle (créée à partir de barrages qui forment des réservoirs d'eau qui sont ensuite relâchés).

L'eau, qui possède une certaine énergie cinétique, passe alors à travers des turbines. Cette énergie cinétique est ensuite convertie en énergie mécanique lorsque l'eau fait tourner les pales des turbines. Ces turbines sont reliées à des générateurs électriques qui transforment l'énergie mécanique en énergie électrique.

Ce processus s'appuie sur le principe de la conservation de l'énergie, selon lequel l'énergie ne peut ni être créée ni détruite, mais seulement transformée. De plus, la loi de conservation de la quantité de mouvement et les principes de la dynamique des fluides régissent le mouvement de l'eau à travers les turbines, permettant le fonctionnement du système hydroélectrique.

Le fonctionnement des installations hydroélectriques

Les barrages de lac

Il existe plusieurs types d'installation hydroélectriques qui permettent de d'utiliser toutes les formes d'énergie hydraulique. Lorsqu'on évoque l''énergie hydroélectrique, on pense d'abord souvent aux barrages de lac, aussi appelés "barrages à accumulation".

Ces installations exploitent la force de l'eau accumulée dans un réservoir créé par un barrage. Lorsque de l'eau est retenue par le barrage, elle crée une différence de hauteur appelée "hauteur de chute." Lorsque cette eau est relâchée à travers des conduites forcées, elle atteint les turbines situées à la base du barrage. L'eau qui passe à travers les turbines fait tourner des générateurs, produisant ainsi de l'électricité. Ce processus est basé sur la conversion de l'énergie potentielle de l'eau en énergie cinétique puis en énergie électrique.

Ce type d'installation a l'avantage de pouvoir adapter la production d'électricité à la demande. Ainsi, là où le nucléaire et la majorité des autres sources fournissent l'électricité dite de base, les barrages permettent d'assurer la fourniture lors de période d'hyper pointe. Il suffit alors de vider le barrage en période de forte demande. Ainsi, ces barrages permettent d'injecter presque 12 GW de façon quasi instantanée.

Les barrages au fil de l'eau

Bien que les barrages de lac soient les installations les plus connues, il existe tout de même d'autres types d'installations hydroélectriques qui permettent de capitaliser sur d'autres types de cours d'eau. On compte par exemple les barrages "au fil de l'eau" généralement situés sur les grands fleuves. Le courant de l'eau permet d'actionner une turbine qui va générer de l'électricité sur le principe présenté ci-dessus.

Le désavantage principal de ce type de barrage est qu'on ne retrouve pas la flexibilité des barrages à lac. Ainsi, la production d'électricité est continue et injectée en permanence dans le réseau. Tout comme l'électricité issue du nucléaire, l'hydroélectricité produite dans les barrages au fil de l'eau contribue à la fourniture d'électricité de base.

Les stations de pompage

Il existe un troisième type de barrage : les stations de pompage, aussi appelée barrages "réversibles". Il s'agit en fait de barrages de lac auquel on ajoute un système de pompage. Le fonctionnement est le suivant : une fois passée dans la turbine, l'eau est récupérée puis stockée avant d'être pompée et remontée en aval.

L’hydroélectricité : avantages et inconvénients

Une source d'électricité verte et fiable

Une source d'énergie renouvelable

L’hydroélectricité est saluée pour sa durabilité et sa nature respectueuse de l’environnement, se distinguant comme une source d’énergie renouvelable par excellence. Puisant dans la puissance inépuisable de l’eau, un cycle naturel alimenté par la pluie et la neige, cette forme d’énergie minimise l’empreinte carbone en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.

Les centrales hydroélectriques ne produisent pas directement de gaz à effet de serre ou de polluants atmosphériques pendant leur fonctionnement, faisant de l’hydroélectricité une pierre angulaire de la transition énergétique vers un avenir plus vert et plus propre​​​​.

Une source d'énergie fiable et modulable

Contrairement à d’autres sources d’énergie renouvelable sujettes aux conditions météorologiques et aux variations saisonnières, l’hydroélectricité offre une remarquable fiabilité et flexibilité. Les centrales hydroélectriques peuvent ajuster leur production d’électricité presque instantanément pour répondre aux fluctuations de la demande. Grâce à la capacité de stockage des réservoirs, l’hydroélectricité peut être “mise en réserve” pendant les périodes de faible demande et déployée rapidement lors des pics de consommation, assurant ainsi une fourniture d’énergie constante et adaptable​​.

Une source d'énergie qui reste imparfaite

Des impacts non négligeables sur l'environnement

Les centrales hydroélectriques, malgré leurs avantages en termes d'énergie propre, peuvent avoir des effets significatifs sur les milieux aquatiques et la biodiversité. La construction de barrages modifie les écosystèmes fluviaux naturels, affectant la migration des poissons, la sédimentation, et la qualité de l'eau. Ces changements peuvent entraîner la perte d'habitats pour certaines espèces et perturber les équilibres écologiques locaux. Des efforts sont faits pour atténuer ces impacts, comme l'installation de passages à poissons, mais les défis restent importants​​.

Des impacts sur les populations

Par ailleurs, dans certaines régions du monde, la création de grands barrages hydroélectriques nécessite souvent le déplacement de populations locales, affectant leur mode de vie et leur accès aux ressources naturelles. En outre, l'utilisation intensive du sol pour les réservoirs peut limiter les terres disponibles pour l'agriculture et d'autres usages. Ces impacts sociaux exigent une planification attentive et des mesures compensatoires pour les communautés affectées​​.

Problématique de la gestion de l'eau

Le changement climatique pose des défis supplémentaires à la gestion des ressources en eau pour l'hydroélectricité. Les variations dans les précipitations et les modèles hydrologiques peuvent affecter la disponibilité de l'eau pour la production d'énergie, rendant certains projets moins viables et nécessitant des stratégies adaptatives pour assurer la sécurité de l'approvisionnement énergétique​​.

La production d’hydroélectricité en France en 2024

Quelques chiffres sur l’hydroélectrique en France

Il faut savoir que l'hydroélectricité est la première source d'électricité renouvelable et la deuxième source d'électricité derrière le nucléaire en France. Pour avoir une meilleure vision de la part d'hydroélectrique en France, voici ci-dessous le mix électrique français pour l'année 2022 (d'après les chiffres fournis par l'ADEME) :

L'hydroélectricité joue un rôle essentiel dans le paysage énergétique français depuis le début du 20ᵉ siècle. La France possède un vaste réseau de plus de 2 600 centrales hydroélectriques, exploitant les différentes ressources hydrauliques du pays, des grands fleuves aux rivières de montagne. Au fil des décennies, l'hydroélectricité a été un pilier de la production d'énergie renouvelable en France.

On a pu voir qu'il existe deux grands types de barrages : les barrages de lac et les barrages au fil de l'eau. On retrouve ces deux types dans le paysage français et on parle bien des deux types combinés lorsqu'on parle de production hydroélectrique. Ainsi, la production d'hydroélectricité et équitablement répartie entre les barrages de lac et les barrages au fil de l'eau.

On peut remarquer qu'en 2022, la France subît une sécheresse exceptionnelle, le niveau des cours d’eau sont anormalement bas et la production hydraulique en est fortement impactée : -12 TW par rapport à l’année 2021. Néanmoins, la France, grâce à ses ressources en eau abondantes, se positionne tout de même comme le leader européen dans le secteur de l’hydroélectricité, soulignant l’importance de cette technologie dans la transition vers un avenir énergétique plus durable.

Les producteurs d’hydroélectricité en France

Parmi les principaux producteurs d'hydroélectricité en France, on retrouve des entreprises telles qu'EDF, qui détient une part significative des installations hydroélectriques du pays. En effet, EDF possède près de 80% du parc de production d’hydroélectricité. L'entreprise exploite un vaste réseau de barrages et de centrales hydroélectriques réparti sur tout le territoire français, contribuant ainsi de manière importante à la production d'électricité verte et à la stabilité du réseau électrique national.

En plus d'EDF, d'autres acteurs jouent un rôle important dans la production hydroélectrique en France, notamment Engie, CNR (Compagnie Nationale du Rhône), ainsi que d'autres acteurs de l'énergie régionaux et locaux. Ces producteurs d'hydroélectricité exploitent les ressources hydrauliques variées du pays, des grands fleuves aux rivières de montagne, pour fournir une énergie propre et renouvelable, contribuant ainsi à la transition énergétique et à la lutte contre le changement climatique.

Le cadre réglementaire en France nécessite l’obtention d’une autorisation environnementale pour l’exploitation des installations hydroélectriques, avec des règles spécifiques pour les installations de plus de 4,5 MW, qui sont généralement exploitées sous le régime des concessions. Ces concessions sont accordées par le préfet ou le ministre chargé de l’énergie en fonction de la puissance de l’installation, et la durée des concessions est conçue pour permettre l’amortissement des investissements initiaux​​​​.

Quel futur pour l’hydroélectrique en France ?

Grâce à des investissements continus dans ce secteur, la France a maintenu sa position en tant que l'un des principaux producteurs d'hydroélectricité en Europe. Aujourd'hui, l'hydroélectricité demeure une composante cruciale de la stratégie énergétique française, offrant une source d'électricité renouvelable et durable pour répondre aux besoins croissants en énergie, tout en contribuant à la lutte contre le changement climatique.

Par ailleurs, l'industrie hydroélectrique bénéficie du déploiement constant d'innovations technologiques, notamment dans l'amélioration de l'efficacité des turbines et le développement de petites installations hydroélectriques à faible impact. Ces avancées promettent d'accroître la durabilité et la viabilité de l'hydroélectricité en tant que source d'énergie renouvelable​​.

En effet, les objectifs fixés en termes d'hydroélectricité en France prévoient :

1. l'augmentation de la capacité de production hydroélectrique
2. la modernisation des infrastructures existantes pour améliorer leur efficacité et leur durabilité
3. la préservation et la restauration des écosystèmes aquatiques impactés par les installations hydroélectriques

La France entend elle aussi favoriser l'utilisation des ressources hydrauliques disponibles tout en minimisant les impacts environnementaux et sociaux associés à la production hydroélectrique. Ces objectifs sont alignés sur les engagements nationaux et internationaux en matière de développement durable et de réduction des émissions de gaz à effet de serre, et visent à assurer un approvisionnement en électricité propre, stable et sûr pour les générations futures.

L’hydroélectricité dans le reste du monde

Quelques faits et chiffres marquants

L'hydroélectricité joue un rôle majeur dans la production d'énergie renouvelable à travers le monde, certains pays se démarquant par leur capacité installée et leur production :

1. La Chine mène le classement avec une capacité impressionnante de 341,1 GW, faisant d'elle le plus grand producteur d'hydroélectricité au monde. Cette domination est notamment illustrée par la centrale hydroélectrique des Trois Gorges, la plus grande de son genre avec une capacité de 22,5 GW.
2. Les États-Unis avec 102 GW, grâce en partie au Grand Coulee, un des plus grands projets hydroélectriques sur la rivière Columbia.
3. Le Brésil, avec une capacité de 100 GW, tire une part significative de son énergie renouvelable de l'hydroélectricité, mettant en avant le complexe de Tucuruí.
4. Le Canada, avec 81,4 GW, abrite des stations massives comme la station génératrice Robert-Bourassa.
5. La Russie, possédant une capacité de 51,1 GW, est connue pour la centrale hydroélectrique de Sayano-Shushenskaya, l'une des plus grandes au monde​​​​.

Certains autres pays comptent aussi principalement sur l'hydroélectricité pour assurer leur besoin en énergie électrique. Par exemple en Norvège, l'hydroélectricité représente plus de 90% de la production d'électricité. De même, au Brésil, l'hydroélectricité représente 60% de la production d'électricité. Ainsi, ces pays ont su tirer profit des avantages qu'offrait la nature sur leur territoire pour produire de l'électricité de façon la plus verte possible.

Comparaison avec d'autres sources d'énergie renouvelable

En termes d'efficacité, de coûts, et d'impact environnemental, l'hydroélectricité présente des avantages et des inconvénients par rapport à d'autres formes d'énergie renouvelable comme le solaire et l'éolien. Bien que généralement fiable et capable de fournir une énergie à bas coût sur le long terme, les impacts environnementaux et sociaux de la construction de grands barrages nécessitent une considération attentive​​​​.

Politiques et initiatives favorisant le développement

De nombreuses politiques et initiatives internationales encouragent le développement de l'hydroélectricité en tant que composante clé de la transition énergétique. Ces mesures comprennent des incitations financières, des subventions pour la recherche et le développement, et des réglementations favorisant l'intégration de l'hydroélectricité dans les réseaux électriques​​​​.

FAQ

Qu'est-ce que l'hydroélectricité ?

On appelle hydroélectricité l'électricité produite à partir d'énergie hydraulique. Cette électricité est donc produite de façon renouvelable.

Comment fonctionne l'énergie hydroélectrique ?

Le processus de production de l'hydroélectricité est fondé sur le principe de conservation de l'énergie. Ainsi, on transforme l'énergie hydraulique (présente sous forme d'énergie potentielle et cinétique) en énergie mécanique par le biais de turbines. Ensuite, cette énergie mécanique est à son tour transformée en énergie électrique grâce à des générateurs.

Y-a-t-il de l'hydroélectricité en France ?

À vrai dire, l'hydroélectricité est la deuxième source d'électricité en France derrière le nucléaire, et il s'agit de la première source d'électricité renouvelable.

Où se trouvent les barrages et les centrales hydroélectriques en France ?

Les barrages et les centrales hydroélectriques sont dispersés sur tout le territoire français, tirant ainsi profit de lacs, des rivières,... Néanmoins, la région Auvergne-Rhône-Alpes concentre une grande partie de la production d'hydroélectricité.

Quel est l'impact de l'hydroélectricité sur l'environnement ?

L'hydroélectricité est respectueuse de l'environnement en ce qu'il s'agit d'une source d'énergie renouvelable et qui émet très peu de dioxyde de carbone. Néanmoins, elle n'est pas non plus sans impact sur l'environnement en ce que les installations hydroélectriques et les barrages peuvent impacter la biodiversité et le régime hydrologique d'un cours d'eau.