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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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Aménagements
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2. Impact environnemental
2.1 Effets des barrages
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Submersion des terrains : la construction d’un barrage et sa mise en eau ont un impact foncier et social par l’inondation des terrains agricoles ou forestiers et l’éventuel déplacement de population. La retenue influe sur les niveaux des nappes phréatiques et sur les sources et peut influer sur les glissements de terrain des versants. Et enfin, la masse d’eau des retenues importantes peut provoquer des microséismes locaux au premier remplissage.
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Risques de rupture : un barrage stocke une énergie potentielle énorme. Bien que l’amélioration des techniques de construction, la surveillance et l’auscultation des barrages, l’amélioration des connaissances hydrométéorologiques et géologiques, réduisent le risque de rupture, il ne peut être considéré comme nul. Les principales causes de rupture sont l’insuffisance des évacuateurs de crues (sur les barrages en terre ou en enrochements) et le mauvais comportement des fondations (en général au premier remplissage).
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Obstacle sur les transports solides : les corps flottants sont arrêtés, ce qui peut constituer un moyen de nettoyer la rivière. Les transports solides sont stockés dans le réservoir. En se déposant dans la retenue, les limons en diminuent la capacité ; un amoncellement trop important contre le barrage peut conduire à obstruer les vidanges de fond. Des chasses doivent être pratiquées lors des crues pour diminuer cet impact.
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Conséquences du stockage de l’eau : le stockage de l’eau conduit à une stratification thermique et chimique dans les retenues. En profondeur, la température reste voisine de 4 ˚C et, en surface, l’eau subit les influences de l’air (température, vent). Le ralentissement du courant amène une évolution de la flore (plancton, algues). Si les sédiments sont chargés en nitrates ou phosphates, cette évolution peut aller jusqu’à l’eutrophisation qui conduit à une réduction de l’oxygène dissous et à la modification de la faune.
Les grandes retenues peuvent apporter des modifications locales de climat en augmentant l’évaporation de l’eau et en favorisant l’apparition de brouillards. Dans les pays tropicaux, le développement des maladies parasitaires est favorisé.
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Impact environnemental
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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