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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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Impact environnemental
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1. Ressources naturelles
La puissance hydraulique utilisable est proportionnelle au débit d’eau et à la hauteur de chute d’eau. L’utilisation des ressources nécessite donc une connaissance de l’environnement du cours d’eau.
1.1 Topographie et géologie
La topographie permet de connaître précisément la surface du bassin versant qui alimente la rivière, son altitude, ce qui conditionne le régime des écoulements. Le profil en long de la rivière permet de situer le barrage et les ouvrages de dérivation pour optimiser le ratio entre la longueur des ouvrages de dérivation et la hauteur de chute (L/h) (voir l’article [C 5 555] sur les barrages).
La topologie des versants permet de situer les ouvrages importants. Un barrage se situe au verrou rocheux à la sortie d’une cuvette, la centrale se situe dans une cuvette utilisant au mieux la chute avec des longueurs d’ouvrages d’amenée réduites.
La géologie permet de préciser la faisabilité des ouvrages. La cuvette du barrage doit être étanche sans grands travaux d’étanchéité complémentaire. La géologie du verrou détermine la faisabilité du barrage et son type. Les propriétés mécaniques du verrou doivent permettre de reprendre les forces appliquées au barrage.
Les données sismologiques de la région permettent de déterminer la tenue aux séismes du projet. Elles servent pour les calculs des structures.
Les glissements de terrain éventuels sont répertoriés et leurs évolutions prises en compte pour évaluer leur dangerosité par rapport à la retenue.
HAUT DE PAGE1.2 Hydrologie
Elle précise les apports d’eau, leur évolution selon les saisons, leur régularité et les phénomènes extrêmes, mais aussi les transports solides du cours d’eau. On classe les régimes de débit de la façon suivante :
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régime glaciaire avec des débits importants en été jusqu’en août ;
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régime nival lors de la fonte de la neige...
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Ressources naturelles
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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