Energie hydraulique

Comprendre : comment fonctionne une centrale hydraulique ?

Par Anaïs Hollard , le 4 avril 2024 - 6 minutes de lecture

Deuxième filière de production électrique en France et première source d’électricité renouvelable, on peut dire que l’énergie hydraulique turbine fort (turbine, hydraulique… Vous l’avez ?). Le parc hydraulique hexagonal compte par ailleurs plus de 2 500 installations ! Alors si vous voulez en savoir plus sur le fonctionnement de ces centrales hydrauliques on ne peut plus prolifiques, suivez le guide !

Petite histoire de l’énergie hydraulique

Si l’énergie hydroélectrique, issue de la force motrice des cours et chutes d’eau, est aujourd’hui l’une des principales sources d’énergie verte, il faut remonter à 1869 pour voir apparaître la première véritable installation de ce genre. C’est en 1864 qu’un certain Aristide Bergès, ingénieur et industriel français, dépose le brevet d’un « défibreur à pression hydraulique ». Il invente plus tard ce qu’il appellera « la houille blanche » (énergie hydraulique), en faisant fonctionner une turbine par la seule force de l’eau, obtenue grâce à une chute de 200 mètres. C’est toutefois en 1878 que l’on découvre la première véritable centrale électrique.

Énergie fossile VS énergie hydraulique
Le contentieux qui oppose les énergies renouvelables aux énergies fossiles ne date finalement pas d’hier. D’ailleurs, à la fin du XIXᵉ siècle, l’énergie hydroélectrique produite par les chutes d’eau était, par analogie avec le charbon, appelée « la houille blanche ». La houille (noire cette fois-ci) était à l’époque la principale source d’énergie connue et exploitée. Mais ça, c’était avant.

C’est à la fin de la Première Guerre mondiale, avec l’extension du réseau électrique, que la France bénéficie enfin de centrales hydrauliques plus puissantes. De nos jours, il faut compter une puissance installée équivalente à 2 460 MW, de quoi alimenter 1 300 000 foyers¹ ! Pas mal, n’est-ce pas ?

Le fonctionnement des centrales hydrauliques

Le principe de fonctionnement d’une centrale hydraulique repose entièrement sur la force de l’eau. C’est grâce à cette force qu’est activée une turbine capable de produire de l’électricité. Mais on vous en dit plus ! Pour faire de l’électricité, vous aurez besoin :

D’une retenue d’eau

On installe un barrage qui sert à bloquer un cours d’eau : un fleuve ou une rivière. Se forme ensuite ce que l’on appelle « un lac d’accumulation ». Cette eau ainsi stockée peut alors être redirigée en direction de notre fameuse centrale hydroélectrique.

D’une centrale hydroélectrique

En bas de notre barrage se trouve donc cette centrale. L’eau accumulée en amont peut être acheminée vers des conduites pour la rejoindre. Le débit, associé à la hauteur de la chute permet d’actionner une turbine.

D’une turbine et d’un alternateur

L’actionnement de la turbine crée ce que l’on appelle de « l’énergie mécanique ». Une énergie très vite tansformée en énergie électrique grâce à un alternateur. Plus la chute est importante, plus le débit et la force de l’eau le seront aussi et plus la puissance de la centrale sera élevée.

D’un transformateur

Ce n’est pas tout à fait terminé. En effet, l’énergie électrique produite par la turbine n’est pas suffisante pour être dirigée vers le réseau électrique. Avant qu’elle ne rejoigne les lignes à haute tension cette énergie doit passer par un transformateur. Celui-ci a la charge d’élever la tension du courant. Et vous voilà avec de l’électricité 100 % renouvelable à domicile !

Quels sont les différents types de centrales hydrauliques ?

On distingue plusieurs types d’installations hydroélectriques :

Les centrales de lac ou de haute chute : ces centrales sont essentiellement installées sur des sites de haute montagne. Elles présentent un débit relativement faible, mais un dénivelé quant à lui très fort (une chute supérieure à 300 mètres). Le barrage s’oppose à l’écoulement naturel de l’eau pour former un lac de retenue de grande taille. Celui-ci est principalement alimenté par l’eau des torrents ou encore la fonte des neiges et des glaciers. Ces installations permettent donc de diminuer l’exposition aux conditions hydrologiques.

Les centrales d’éclusée : ces installations sont plutôt présentes en moyenne montagne et dans les régions de bas-relief. Elles disposent d’une petite capacité de stockage (entre 2 heures et 400 heures de production). La production de ces centrales peut être régulée à la journée ou à la semaine, tandis que celle des centrales de haute chute peut l’être à la saison, ce qui permet de faire face à de gros pics de consommation.

Les centrales au fil de l’eau ou de basse chute : essentiellement implantées sur le cours de grands fleuves ou de grandes rivières, ces centrales présentent un débit très fort et un dénivelé faible (une chute de moins de 30 m). Elles ne bénéficient pas de retenue d’eau et l’électricité est produite en temps réel. Leur production dépend donc uniquement du débit des cours d’eau.

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) : ces installations présentent la particularité d’être réversibles. Elles peuvent utiliser la chute de l’eau d’un bassin en hauteur vers un bassin inférieur pour produire de l’électricité, mais aussi utiliser l’électricité du réseau pour mettre en route une pompe pour remonter l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur. Les STEP peuvent donc pomper durant les périodes de moindre consommation d’électricité vers un réservoir haut des volumes d’eau, pour les turbiner pendant les pics de consommation.

Les Petites Centrales Hydrauliques (PCH) : ces petites centrales présentent une puissance pouvant atteindre 10 à 12 MW. Comme ses homologues, la petite centrale convertit l’énergie hydraulique d’un cours d’eau en énergie électrique.

Coup d’œil sur les centrales hydrauliques en France

💧 La production hydraulique est la deuxième filière de production électrique en France ;
💧 Elle est la première filière de production électrique en France ;
💧 En 2023, la France a produit 58,8 TWh d’hydroélectricité² ;
💧 L’Hexagone compte environ 2 300 petites centrales, sur 250 000 km de cours d’eau¹ ;
💧 Les centrales hydrauliques fonctionnent en moyenne 4000 heures par an.

Les trois plus grandes régions hydroélectriques françaises sont :

💧 La région Auvergne-Rhône-Alpes avec 46 % de la puissance installée en France en 2021 (11 452 MW), pour une production de 25 900 GWh en 2021 (39,3 % de couverture de la consommation).
💧 La région Occitanie avec 21 % de la puissance installée en France (5 238MW), pour une production de 9 237 GWh en 2021 (24.3 % de couverture de la consommation).
💧 La région Provence-Alpes Côte d’Azur avec >12% de la puissance installée en France (3 273 MW), pour une production de 8 890 GWh en 2021 (21,6 % de couverture de la consommation)¹.

¹Source : France Hydroélectricité – Chiffres clés
²Source : France Hydroélectricité – Chiffres clés