L’énergie hydraulique est millénaire : elle existe depuis l’Antiquité. L’hydroélectricité elle, date du XIXème siècle. Elle est l’énergie renouvelable la plus importante à l'échelle de la planète. Pour preuve, elle représent en France 12,4% de la production d'électricité en 2021 et 15,3% au niveau mondial. A l’intérieur de la production d’électricité à partir d’ENR, l’hydraulique arrive en tête avec une part de 53% (données 2021).
L’énergie hydraulique est une énergie qui peut être stockable et qui apporte de la flexibilité dans la production, contrairement aux ENR dites intermittentes telles que l’éolien ou le solaire.
C’est une énergie plurielle, puissante et en mouvement. Certains aspects de l’énergie hydraulique sont totalement maitrisés tandis que d’autres en sont encore à leurs phases de test.
Nous vous proposons un petit focus sur l’énergie hydraulique. Ça vous dit, on plonge ?
L'énergie hydraulique que l’on maitrise
Comment fonctionne une centrale hydroélectrique ?
Il en existe de plusieurs catégories, mais toutes les centrales hydrauliques fonctionnent globalement sur le même modèle.
Pour faire simple : de l’eau rentre dans une station, à plus ou moins fort débit, à plus ou moins faible altitude de chute. Cette eau entraine une turbine qui elle-même active un alternateur qui produit de l’électricité. (Si vous ne suivez pas, allez faire un tour sur notre article pour vous expliquer simplement le principe du courant alternatif). L’alternateur est relié à un transformateur qui transporte et diffuse l’électricité. Fiat lux* ! (*et la lumière fut, c’est du latin t’inquiète).
Quelles sont les quatre familles de centrales hydrauliques les plus connues ?
Il existe quatre types de centrales hydroélectriques. Leur différence se situe principalement dans leur localisation, qui induit des technologies différentes. La France compte plus de 2500 centrales hydrauliques, dont 90% dites au fil de l’eau. On vous expose toutes les nuances :
Les centrales de lac (ou de haute chute) représentent 40% des capacités hydroélectriques sur le réseau de transport. Elles sont situées en altitude et sont caractérisées à la fois par un débit faible, qui provient des torrents, de la fonte des glaces et de la pluie ; et un dénivelé très fort, supérieur à 300m. Elles utilisent des turbine de type Pelton. Ça vous fait une belle jambe pas vrai ?
Les centrales d’éclusée (ou de moyenne chute) représentent quant à elles 16% des capacités hydroélectriques sur le réseau de transport. Elles sont situées en moyenne altitude, se définissent par un débit moyen et un dénivelé relativement important, entre 30 et 300m. Elles utilisent des turbines de type Francis. Ne me remerciez pas.
Enfin, les centrales au fil de l’eau (ou de basse chute) représentent pour leur part 26% des capacités hydroélectriques sur le réseau de transport. Elles sont situées sur des grands cours d’eau, en rivière ou sur les fleuves. Elles utilisent des turbines de type Kaplan. Non, ne dites rien.
Pour se faire une idée : la France compte plus de 2000 centrales au fil de l’eau, et les 10 plus importantes se situent sur le Rhin et produisent l’équivalent d’1/5 de la production hydroélectrique globale (un peu comme la répartition des richesses de la planète, mais avec de l'eau...)
Il existe une dernière catégorie, un peu hybride. Les STEP (station de transfert d’énergie par pompage), représentent 18% des capacités hydroélectriques sur le réseau de transport. Elles sont des solutions d’appoint, pour rééquilibrer le réseau lors d’une tension. Le système est simple : il s’agit d’un circuit fermé entre deux retenues d’eau : une haute, une basse et au milieu sous terre, des turbines qui s’actionnent lorsque l’eau passe dans le circuit.
La France compte 6 STEP, principalement localisées dans l’est de la France, de l’Isère aux Ardennes avec un petit détour en Aveyron.
Ce type de centrale permet de stocker l’électricité, puisque le bassin supérieur constitue une sorte de batterie dont on se sert lorsqu’on en a besoin. L’utilisation des STEP intervient lors des pics de consommation quand la production éolienne et solaire ne peut pas être assurée par exemple. Une fois que l’eau est arrivée dans la retenue inférieure, on attend le moment où le réseau est plus calme et l’électricité produite peu chère (sans se fendre le cœur), pour transvaser l’eau, et rendre possible un nouveau cycle.
Quelles sont les régions françaises les plus développées en matière d’énergie hydraulique ?
Les trois régions les plus productives en hydroélectricité sont : l’Auvergne Rhône-Alpes, l’Occitanie et le PACA. La région Auvergne Rhône Alpes concentre à elle seule 45% du parc hydraulique national (merci les Alpes), et l’Occitanie 21%.
L’énergie hydraulique telle qu’elle est maitrisée actuellement n’en reste pas moins une énergie soumise à la nature. Actuellement, les saisons de plus en plus chaudes et sèches menacent le bon fonctionnement des centrales et modèrent les usages de l’eau faits à côté de cette production. En 2022, la production atteint son plus bas niveau depuis 1976 soit un recul de 20% par rapport à la moyenne des années précédentes.
D’autres aspects, notamment écologiques, sont également à prendre en compte. En effet, les infrastructures hydrauliques peuvent modifier fortement les écosystèmes autour desquels elles s’implantent. Ils peuvent même modifier jusqu’à la physionomie de paysages entiers, comme le barrage de Serre-Ponçon, achevé en 1961.
Des progrès ont néanmoins été constatés. Si pour les constructions anciennes, ces éléments n’étaient pas envisagés avec toute l’importance nécessaire ; les projets plus récents doivent obligatoirement intégrer des règlementations plus strictes et mieux définies (loi sur l’eau, code de l’environnement) qui précisent les enjeux environnementaux, dans le but de modérer les conséquences de ces infrastructures sur le milieu naturel qu’ils redéfinissent.
Les énergies hydrauliques qui restent à développer et à maitriser *
Les énergies bleues (ou énergies marines)
Après les énergies vertes, découvrez les énergies bleues ! (Y’a quoi Michel Pastoureau ?)
A l’heure actuelle, les énergies marines restent pour la plupart à l’état de projet ou de test en milieu naturel, sans qu’elles ne soient vraiment développées de sorte à produire massivement de l’électricité. Les coûts induits par ces technologies notamment, sont des aspects préoccupants, qui peuvent freiner leur progression.
Il existe globalement 6 types d’énergies marines renouvelables :
- L'énergie éolienne en mer : alors oui effectivement, c’est une énergie du vent nous diront les plus rabats-joies et ils auront peut-être raison. Mais c’est une énergie de l’air posé sur l’eau, donc ça compte quand même, fin de la discussion, les sceptiques seront confondus. Après un projet pilote, le premier parc d’éoliennes offshore de St Nazaire a ouvert fin 2022. La France reste néanmoins bien loin derrière les Pays-Bas ou même le tenant du titre : le Royaume-Uni qui est le premier pays d’Europe en matière d’éolienne en mer. On dénombre 5000 éoliennes en mer en Europe. En France, 7 grands parc sont en développement, dans des stades plus ou moins avancés. La filière représente 3000 emplois en 2019, et ce chiffre va en augmentant évidemment.
- L'énergie hydrolienne : il s’agit de l’énergie des courants marins. Plus concrètement d’éoliennes sous-marine dont les pales s’activent au passage de l’eau. Elles utilisent la force du courant pour produire de l’électricité. Contrairement aux éoliennes, il est possible de connaitre les courants et de savoir lorsqu’ils seront assez forts pour permettre aux machines de produire de l’énergie, alors que le vent, lui, file comme… bah, le vent. Depuis 2012, un démonstrateur EDF d’une puissance de 2MW est installé à Paimpol-Bréhat. . Si l’impact environnemental reste maitrisé, le coût de la maintenance quant à lui, est très élevé, et peut expliquer en partie que cette énergie peine à se développer.
- L’énergie marémotrice : c’est la même chose, mais les variations du niveau de la mer. Elles fonctionnent un peu comme les STEP expliquées plus haut. Lors d’une marée haute, l’eau passe de la mer au fleuve, et quand la mer redescend l’eau stockée dans l’estuaire repasse par la centrale et produit de l’électricité. En France, il existe une usine marémotrice, dans l’estuaire de la Rance, en Normandie. Elle ne date pas d’hier puisqu’elle a été mise en service en 1966. La puissance estimée de l’hydrolien et de l'énergie marémotrice dans le monde est estimé entre 300 et 800 TWh/an selon le ministère.
- L’énergie houlomotrice : celle qui utilise le mouvement de la houle en surface. Son potentiel se concentre sur la côte Atlantique. Plusieurs technologies et sites de test se déploient en Bretagne, mais tout cela reste pour l’heure à l’état de projets. On parle ici de 8000 à 80 000 TWh/an.
- L’énergie thermique des mers (ETM), davantage utilisée dans les zones tropicales, où les fonds sont froids et la surface chaude (attention, c’est très très tiède). On parle ici de production de vapeur qui crée de l’électricité par la suite. Il faut une différence d’au moins 20°C. Pour cela, il est nécessaire d’aller chercher en profondeur, jusqu’à 1km pour atteindre la bonne température. Cela entraine des coûts, sachant que plus le circuit est long, plus l’énergie nécessaire pour qu’il fonctionne est importante. Quand le but du mécanisme est justement de produire de l’électricité et que le fonctionnement en utilise une bonne partie, ça ne semble pas gagné. Le système de l’eau froide sert au moins à produire du froid et donc alimenter la climatisation. En zone tropicale, ça peut toujours servir. C’est ce qui s’appelle le SWAC (Sea Water Air Conditioning, que l’on peut traduire par : climatisation par l’eau de mer). Le plus grand projet de ce type a été installé en Polynésie française en 2021. Le système sert notamment à alimenter l’hôpital en n’utilisant plus d’énergie fossile. Le potentiel mondial de l'ETM est estimé à près de 10 000 TWh/an.
- L’énergie osmotique : accrochez vos ceintures. Il s’agit de l’énergie qu’il est possible de produire à partir du mouvement chimique des molécules créé par la différence de salinité entre la mer et l’eau douce (dans les estuaires donc). Nous en sommes à l’heure actuelle au stade de l’expérimentation. Si son potentiel semble énorme (2000TWh/an au niveau mondial), aucun site n’a encore été installé. Les raisons tiennent en grande partie dans le coût de cette technologie encore une fois.
Les énergies marines (ou énergies bleues) sont donc dans leur ensemble prometteuses mais de nombreuses embuches s’installent dans leurs sillons, principalement nous l’avons vu, le coût lié à ces technologies. D’autres aspects potentiellement problématiques existent par ailleurs, comme par exemple de devoir concilier les zones de pêche et les zones de production d’électricité, ou encore les zones internationales.