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RÉSUMÉ
L'hydroélectricité a de nombreux atouts : énergie propre et renouvelable, disponibilité et fiabilité excellentes et temps de réponse courts. Si les pays développés sont bien équipés en hydroélectricité, de grands gisements restent disponibles dans les pays en voie de développement. Cet article décrit les grandes caractéristiques des barrages, à la fois en termes de ressources en eau nécessaires, d'impact environnemental, et de conception et construction des différents éléments. Enfin quelques notions d'exploitation sont présentées.
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Pierre LAVY : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’ingénieurs électriciens de Grenoble (IEG) - Ancien directeur technique de l’hydraulique d’EDF
INTRODUCTION
L’hydroélectricité a permis, avec l’électricité des centrales thermiques à combustibles puis nucléaires, de mettre à disposition de l’industrie et des particuliers l’énergie nécessaire à leur développement. Dans les pays développés, la quasi-totalité des ressources hydrauliques rentables est équipée et la demande augmentant, l’hydroélectricité perd sa primauté, sauf dans les pays nordiques. En revanche, de grandes réserves sont en voie d’équipement dans les pays en voie de développement et les pays asiatiques.
Les systèmes électriques des pays développés étaient très liés aux organisations nationales jusqu’à la fin du xxe siècle. Mais la libération de l’organisation menant à l’ouverture des marchés de l’électricité conduira à modifier les critères d’investissement dans l’hydraulique (voir l’article « Le secteur électrique : du monopole à la concurrence »).
Les qualités de l’hydroélectricité pour l’équilibre permanent entre la production et la consommation sont un atout de pérennité :
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une énergie renouvelable et propre ;
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un coût combustible nul et une énergie nationale ;
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une excellente disponibilité sur l’année (~ 90 %) ;
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une fiabilité des réponses aux sollicitations (~ 99 %) ;
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des temps de réponse très courts (de l’arrêt à la pleine puissance en quelques minutes).
L’augmentation de la consommation globale d’énergie des pays développés, et ses conséquences sur la détérioration de l’environnement, a conduit à repenser au développement des énergies renouvelables, l’hydroélectricité restant de loin la plus importante en terme de production. Les grandes retenues d’eau avaient principalement pour but de fournir une réserve d’électricité, elles ont de plus en plus des buts multiples : irrigation, soutien d’étiage, écrêtement de crues, alimentation en eau industrielle ou potable, tourisme, etc.
Les études doivent préciser les coûts d’investissement nécessaires, leur étalement, les coûts d’exploitation et les actifs apportés par la production capitalisée. Elles doivent déterminer le meilleur investissement pour utiliser le gisement hydraulique et limiter les impacts sur l’environnement.
Un aménagement hydroélectrique comprend un barrage créant une retenue d’eau plus ou moins importante, une prise d’eau dans cette retenue, des ouvrages d’amenée, une usine de production, une restitution au cours d’eau, une ligne d’évacuation d’énergie et des accès aux sites.
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5. Matériels
5.1 Matériels des prises
Les grilles doivent pouvoir être nettoyées facilement, soit à la main si les apports flottants sont rares, ce qui est exceptionnel, soit par un dégrilleur.
Le dégrilleur est constitué d’un râteau de la largeur de la passe si elle est inférieure à 6 m. Sur les passes plus larges, l’appareil devra être mobile sur des rails. Le râteau est mû par des bras ou des chaînes qui le font descendre à une distance éloignée des grilles et remonter en raclant celles-ci. Les dégrillats remontés sont évacués par une goulotte dans un bac ou un bassin à déchets, d’où ils seront enlevés par des moyens terrestres. L’évacuation de la goulotte se fait par une chasse d’eau simultanée à la marche du dégrilleur. La motorisation des mouvements peut être à vérins ou à câbles.
Les constructeurs proposent des modèles éprouvés mais le choix doit se faire en fonction des corps transportés par la rivière. S’il n’y a que des feuilles ou des herbages, un râteau léger est suffisant mais doit pouvoir fonctionner souvent et rapidement. Si de plus des arrivées d’arbres ou d’autres corps volumineux sont à craindre, il est nécessaire de prévoir des appareils adaptés avec des râteaux puissants et la possibilité d’utiliser un grappin. L’évacuation des déchets doit être étudiée en fonction des règles locales d’urbanisme.
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Elles sont efficaces pour éviter les gros apports de surface. Elles sont constituées de flotteurs en tubes d’acier, de diamètre 500 ou 600 mm, une jupe en tôle soudée sous la génératrice inférieure la relie à une quille qui sert de lest. L’ensemble flottant est fixé de façon à faire un angle avec le courant pour envoyer les corps flottants vers un clapet du barrage. Elles permettent aussi de protéger les éventuelles embarcations du courant d’appel de la prise.
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Matériels
En 2000, 18 % de l’énergie électrique produite dans le monde était d’origine hydraulique. La répartition de puissance hydraulique installée est représentée sur la figure 1.
En France, 15 % de l’électricité produite (70 TWh) est d’origine hydroélectrique. Ce chiffre place la France au premier rang des producteurs d’hydroélectricité de l’Union européenne.
Les productions des petites centrales (< 10 MW) sont injectées sur les réseaux de distribution et sont consommées localement. La grande majorité de ces petites centrales est au fil de l’eau ; elles appartiennent à des producteurs « autonomes » des collectivités.
Nota : à ce sujet, le lecteur est invité à consulter l’article Petites centrales hydrauliques [D 3 930].
Les productions plus importantes sont injectées sur les réseaux de transport (> 63 kV) et participent à l’équilibre entre la production et la consommation (figure 2). Leur nombre est indiqué sur la figure 3. Leur répartition par type d’aménagement hydraulique est représenté sur la figure 4.
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