Énergie hydraulique : tout savoir sur la première source d’électricité renouvelable en France

Quel est le point commun entre la production de farine et la production d’électricité ? 🤔 Elles peuvent toutes les deux s’effectuer grâce à une énergie primaire renouvelable bien connue de tous et toutes : l’énergie hydraulique ! Nos ancêtres avaient bien saisi le potentiel de cette énergie cinétique, puisque dès le XIXème siècle, ils l’utilisaient pour moudre le grain ! Laissez-vous porter tel un poisson dans un cours d’eau, on vous explique tout sur la seconde source d’énergie renouvelable en France ! 🌊

Quelle place pour l’énergie hydraulique dans le mix énergétique français ?

L’énergie hydraulique est une énergie renouvelable, au même titre que l’énergie solaire ou la géothermie.

L’énergie hydraulique, une énergie renouvelable

Quand on pense aux énergies renouvelables, on pense souvent à l’énergie solaire, aux éoliennes ou encore à la biomasse avec le biométhane ou le bois-énergie par exemple. On pense plus rarement à l’énergie hydraulique ! Pourtant, contrairement aux combustibles fossiles comme le gaz ou le pétrole dont les réserves sont limitées, la force de l’eau est une ressource inépuisable, une énergie mécanique qui se renouvelle en permanence. L’énergie hydraulique est donc bel et bien elle aussi une énergie verte et une énergie propre, au même titre que l’énergie éolienne ou l’énergie photovoltaïque.

Quelle place pour l’énergie hydraulique dans le bouquet énergétique français ?

En 2020, la part des énergies renouvelables (EnR pour les intimes) dans la consommation d’énergie primaire en France s’élevait à 13,1 %. Elles représentaient 19,1 % de la consommation finale brute d’énergie en France en 2020 (Chiffres clés des énergies renouvelables, ministère de la Transition écologique, édition 2021).  À titre de comparaison, c’est un peu moins que le gaz et plus de deux fois moins que le pétrole, qui représentent respectivement 15,8 % et 28,1 % de la consommation.

Le potentiel hydraulique français est très haut. L’énergie hydraulique est à l’heure actuelle la seconde source d’énergie renouvelable en France, derrière le bois-énergie. En 2020, le bois-énergie a ainsi représenté 32,9 % dans la consommation finale brute d’énergie en France, et l’hydraulique 18,7 %. 

En ce qui concerne spécifiquement l’électricité, l’énergie hydraulique arrive en haut du podium. Bravo la filière hydroélectrique ! En 2020, elle a ainsi permis 49,5 % de la production brute d’électricité renouvelable. Arrivent ensuite l’éolien (32,4 %) et le solaire photovoltaïque (10,8 %).
À l’échelle des États membres de l’Union européenne, la France est d’ailleurs le deuxième pays producteur d’hydroélectricité.

Comment fabriquer de l’électricité grâce à l’énergie hydraulique ?

L’énergie hydraulique est une énergie primaire utilisée dans les centrales hydroélectriques. Elle permet de produire de l’électricité grâce à la force motrice de l’eau. 

Situation initiale : l’eau se trouve dans un barrage

Le mode de fonctionnement d’un complexe hydroélectrique est assez simple. Il repose sur des installations parfois colossales, que vous avez peut-être déjà eu l’occasion de croiser lors d’une randonnée en montagne  : les barrages. ⛰️ 

Un barrage est construit sur un cours d’eau et permet de contraindre son écoulement naturel. L’eau continuant à s’écouler s’accumule alors et forme un lac artificiel en amont du barrage. Ce lac est appelé lac de retenue ou lac d’accumulation. Toute cette eau exerce une pression gigantesque sur le barrage, c’est pourquoi celui-ci doit être particulièrement résistant et bien conçu afin de ne pas sombrer sous le poids. Vous l’avez compris, c’est cette force de l’eau qui va être utilisée par la suite pour créer de l’électricité grâce à l’énergie hydraulique.

Certains des lacs les plus célèbres de France comme le lac de Serre-Ponçon sont des lacs artificiels découlant de la construction d’ouvrages hydroélectriques.

La demande en électricité augmente : on ouvre alors les vannes du barrage

Le barrage est également équipé de « petits trous » (on est bien d’accord, « petits » à l’échelle du barrage évidemment…) fermés par des vannes. De l’autre côté du barrage, ces trous débouchent dans de longs tuyaux métalliques qui conduisent l’eau à plusieurs dizaines de mètres en contrebas, dans une centrale hydraulique. On parle de conduites forcées. Ces vannes sont ouvertes lorsque les besoins énergétiques le nécessitent. Elles permettent de produire de l’énergie verte lors d’un pic de consommation par exemple. L’énergie hydraulique, contrairement à ses consœurs, l’énergie solaire ou éolienne, présente l’avantage d’être peu intermittente. Elle représente donc une réponse efficace à une hausse soudaine des besoins en électricité. 

La centrale hydraulique en elle-même commence à la fin de ces longs tuyaux métalliques. On parle également d’usine hydroélectrique.

Il existe trois grands types de centrales hydrauliques :

💧 Les centrales de lac ou de haute chute, caractérisées par un débit faible et un dénivelé très fort. La hauteur de chute nette y est supérieure à 300 mètres et atteint même les 1420 mètres au plus haut en France (en Haute-Garonne) ;

💧 Les centrales d’éclusée ou de moyenne chute qui affichent un débit moyen et un dénivelé fort, entre 30 et 300 mètres ;

💧 Enfin, les centrales au fil de l’eau ou de basse chute, qui sont implantées sur le cours de grands fleuves ou de grandes rivières, avec un débit très fort et un dénivelé faible. On en trouve le long du Rhin ou du Rhône par exemple.

Les turbines tournent et entraînent un alternateur

À la sortie de ces tuyaux se trouve une turbine à eau qui tourne grâce à la force de l’eau.

Les turbines employées dans les centrales sont différentes en fonction de la catégorie de celles-ci : 

💧 pour les centrales de haute chute, il s’agit de turbines Pelton : chaque pale de la turbine se termine par un « bol » où est injectée l’eau, ce qui fait tourner la roue ;

💧 les centrales de moyenne chute sont équipées de turbines Francis, pouvant s’adapter au débit de l’eau ;

💧 enfin, les centrales au fil de l’eau disposent de turbines Kaplan, dont les pales sont orientables afin d’optimiser le rendement.

 À son tour, la turbine fait fonctionner un alternateur qui produit un courant électrique alternatif.

Dernière étape : la production d’un courant électrique grâce à l’énergie hydraulique

Le courant électrique produit par l’alternateur doit ensuite passer par un transformateur afin d’élever la tension du courant. Ce courant électrique est ensuite transporté dans le réseau électrique par des lignes à haute tension et des lignes à très haute tension. Il viendra ensuite alimenter nos logements en électricité. Et on dit merci à l’énergie hydraulique pour l’électricité propre ! 

Deux paramètres impactent principalement la puissance de la centrale hydraulique : la hauteur de chute d’eau et le débit d’eau.

Pour vous donner une petite idée des proportions, après une chute de 1000 mètres l’eau jaillit des injecteurs à environ 500 km/h. Ça donne le vertige, non ?

Quel est l’impact des infrastructures de l’énergie hydraulique sur l’environnement ?

Et notre ami Nemo dans tout ça ? 🐟🐠🐡 Ou en d’autres termes, quel est l’impact de l’énergie hydraulique sur l’environnement, ainsi que sur la biodiversité et la faune aquatique ? 

Et bien sachez qu’il existe des dispositifs appelés passes à poissons ou échelle à poissons. Ils permettent aux principaux intéressés : 

💧 soit de contourner le barrage et de continuer tranquillement leur chemin de l’amont à l’aval (dévalaison) en prenant une rivière artificielle construite en parallèle du barrage en guise de toboggan. Une option qui leur assure (on suppose…) bien moins de sensations fortes qu’une chute nette de plusieurs dizaines de mètres au niveau du barrage  ;

💧 soit de remonter de l’aval à l’amont (montaison) grâce à des bassins successifs faciles à franchir, des écluses à poissons ou encore des ascenseurs ou des transports.

Ces dispositifs sont absolument essentiels au maintien de phénomènes naturels tels que la migration. Ils permettent également le bon déroulé du cycle de développement et de reproduction des poissons.

À plus large échelle, construire un barrage et utiliser l’énergie hydraulique n’est cependant pas sans conséquence. Cela implique notamment un replacement de la population de la vallée remplacée par le lac artificiel dans les vallées voisines. 

Vous cherchez d’autres possibilités pour réduire votre empreinte carbone ?

🌱 Les bonnes habitudes pour réduire son empreinte carbone 
🌱 Déterminer l’empreinte carbone de mon logement
🌱 Les actions pour réduire les émissions de CO₂