L’énergie hydroélectrique : qu’est-ce que c’est et comment fonctionne-t-elle ?

Peut-être l’une des énergies renouvelables les plus visibles, l’exploitation de l’énergie hydroélectrique et son rôle dans le stockage de l’énergie sont aussi intéressants qu’inconnus.

Contemporaine des grands penseurs grecs tels que Platon et Aristote, et instrument fondamental de la croissance de l’Empire romain, l’énergie hydraulique a été d’une grande utilité pour l’humanité pendant des millénaires. Cependant, ce n’est qu’avec l’essor de la révolution industrielle et de l’énergie électrique que l’énergie hydraulique a pris une importance considérable pour devenir essentielle, déjà convertie en énergie hydroélectrique, au développement des sociétés aux XIXe et XXe siècles. Aujourd’hui, nous allons nous pencher sur le passé, mais aussi sur l’avenir de ce type d’énergie renouvelable, en plus d’explorer son fonctionnement. Rejoignez-nous dans ce voyage à travers la puissance de l’eau pour découvrir le fonctionnement de l’énergie hydroélectrique ?

Maîtriser la force de la nature et l’exploiter à notre avantage a été l’une des plus grandes entreprises de l’humanité. Ainsi, génération après génération, nous avons modifié notre environnement à notre avantage, principalement pour assurer notre survie et, secondairement, pour améliorer notre qualité de vie. Les grandes civilisations de l’Antiquité ont façonné leur monde pour exploiter les ressources naturelles à leur avantage et croître grâce à elles. La puissance de l’eau, l’un des éléments fondamentaux de notre planète, n’y échappe pas ; elle en est même le principal protagoniste. La roue à aubes grecque, le moulin romain ou la saqia égyptienne ne sont que quelques exemples de l’importance de l’énergie hydraulique pour des tâches telles que le pompage de l’eau ou la mouture du grain. Si son rôle était important à l’époque, il est devenu crucial avec l’explosion technologique et scientifique de la révolution industrielle du XIXe siècle, époque où l’électricité est devenue l’épine dorsale du développement des villes et, par conséquent, des économies des pays industrialisés. C’est à cette époque qu’est née l’énergie hydroélectrique que nous connaissons aujourd’hui.

Dopées par le développement du générateur électrique et la sophistication des turbines, les centrales hydroélectriques ont commencé à se multiplier dans les pays les plus développés. Des termes comme « barrage » et « réservoir » ont commencé à se répandre dans le vocabulaire des citoyens, et les projets de construction de grands ouvrages hydrauliques pour répondre aux besoins croissants en électricité ont émergé en Europe et en Amérique à une vitesse vertigineuse, transformant notre paysage naturel. À cette époque, une part importante de l’énergie électrique provenait de l’exploitation de la force de l’eau.

Coexistant avec d’autres types de production d’énergie renouvelable comme l’éolien et le solaire, l’énergie hydroélectrique a survécu jusqu’à nos jours et demeure fondamentale. Ce n’est pas un hasard si près d’un quart de l’électricité mondiale est produite grâce à son exploitation, cette part étant considérablement plus élevée dans des pays comme la Norvège (99 %), la République démocratique du Congo (97 %), le Brésil (96 %) ou le Canada (60 %). Un exemple de l’importance capitale de cette technologie est que certains des grands ouvrages de génie civil de notre époque sont des centrales hydroélectriques comme le barrage des Trois Gorges (Chine, 22 500 MW) ou le barrage d’Itaipu (Brésil et Paraguay, 14 000 MW). Mais savons-nous comment fonctionne l’énergie hydroélectrique ?

Comment fonctionne l’énergie hydroélectrique ?

Concentrons-nous sur une centrale hydroélectrique plus ou moins standard. Toute centrale de ce type est composée de plusieurs éléments principaux pour son fonctionnement. Regardons-les un par un :

Énergie hydroélectrique : Parties d’une centrale hydroélectrique

Barrage : Il s’agit de la construction civile, principalement en béton, qui permet de maintenir le volume d’eau conservées pour être utilisées à la disposition de l’opérateur central. Certaines des chutes d’eau les plus impressionnantes s’élèvent à des centaines de mètres.
Réservoir : Il s’agit de la zone de stockage d’eau qui abrite l’installation et recueille l’eau qui coule à travers les affluents.
Filtres ou grilles : Ce sont les éléments mobiles qui s’ouvrent et se ferment pour permettre à l’eau de les traverser.
Conduites de passage : Les principales artères par lesquelles l’eau est acheminée vers la production d’électricité.
Turbines : Ce sont les moteurs qui alimentent l’eau lors de son passage, permettant de générer de l’énergie mécanique.
Générateurs électriques : Ce sont les éléments responsables de la conversion de l’énergie mécanique des turbines en énergie électrique.
Lignes électriques : Transportent l’électricité nouvellement produite vers les différents points de consommation.
Drain : C’est la voie d’évacuation de tout le flux hydraulique utilisé pendant le processus de production d’électricité.

En bref, les centrales hydroélectriques utilisent la force de l’eau tombant entre deux points situés à des altitudes différentes Pour produire de l’énergie électrique. Autrement dit, l’installation fonctionne en exploitant la force de gravité et la masse de l’eau au profit d’une série d’éléments mécaniques qui absorbent ce potentiel énergétique pour le convertir ensuite en énergie électrique. Ainsi, l’eau retenue dans le réservoir circule dans les circuits hydrauliques du barrage, comblant la différence de niveau entre les deux points. Cette cascade artificielle, qui imite celles des cascades naturelles, permet au liquide d’acquérir, grâce à la gravité, une vitesse qui est transférée sous forme d’énergie cinétique aux turbines situées au point le plus bas de l’infrastructure. Ainsi, l’eau circule dans la turbine, qui accélère sa rotation, générant de l’énergie mécanique qui est transférée au générateur électrique pour être convertie en énergie électrique.

Cependant, l’eau quitte l’installation et est drainée dans le cours inférieur de la rivière sans aucun impact sur l’environnement. L’ensemble de ce processus atteint également un rendement exceptionnel, dans lequel près de 90 % de l’énergie potentielle de l’eau est utilisée pour produire de l’électricité, ne générant que des pertes de rendement dans les charges du circuit hydraulique et dans le processus de frottement du groupe hydroélectrique (turbines).

De cette façon, nous sommes en mesure d’obtenir une énergie électrique 100 % renouvelable, ce qui est parmi les plus positifs, compte tenu de son niveau élevé de durabilité et de réutilisation, et qui contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. De plus, l’eau utilisée dans le processus peut être utilisée pour la consommation domestique ou l’irrigation. Ce type de technologie, avec une longue durée de vie utile, est également particulièrement intéressant pour la régulation du débit des rivières et la prévention des inondations ; une raison fondamentale de la construction du barrage des Trois Gorges en Chine, dont la finalité de production d’énergie est combinée à la prévention d’une inondation comme celle de 1931 qui a causé des millions de victimes et de morts.

Quels types de centrales hydroélectriques existe-t-il ?

En raison de leurs fonctionnalités et de leurs emplacements, on distingue aujourd’hui trois principaux types de centrales hydroélectriques :

Types de centrales hydroélectriques

Eau courante : c’est le modèle qui dépend le plus des conditions météorologiques ou du débit du fleuve qui l’alimente ; car elles ne disposent pas de capacité de stockage d’eau, mais utilisent plutôt l’eau en circulation pour produire de l’énergie. Cela signifie que ces centrales, généralement plus petites et de capacité inférieure, ne peuvent pas s’adapter aux besoins de la demande électrique. Leur avantage est qu’elles n’interrompent pas le cours du fleuve, minimisant ainsi l’impact environnemental sur le milieu environnant.
Régulation : Il s’agit du type de centrales hydroélectriques auquel nous penserions tous si on nous le demandait. Elles reposent sur le stockage de différents types d’eau permettant de réguler leur fonctionnement en fonction de la demande électrique à un instant T. Ce sont de grandes batteries d’énergie semi-naturelles qui nous permettent de répondre aux besoins énergétiques de la société, tant que les ressources en eau sont suffisantes.
Pompage : Il s’agit de centrales hydroélectriques de régulation qui reposent sur différents niveaux de réservoirs superposés, vers lesquels l’eau est pompée pour générer un circuit continu de ressources en eau permettant de produire de l’énergie.

Quel est le rôle de l’énergie hydroélectrique dans le stockage de l’énergie ?

L’une des grandes caractéristiques de l’hydroélectricité est sa capacité à fournir de l’énergie électrique aux moments de forte demande grâce à la possibilité de convertir les réservoirs en grandes batteries énergétiques. Ce facteur, extrêmement bénéfique il y a quelques décennies encore, a pris de l’importance avec l’émergence d’autres technologies renouvelables dont la production diminue en raison des variations climatiques. Ainsi, le rôle de l’hydroélectricité s’est renforcé avec l’arrivée de stations de pompage qui captent l’excédent d’énergie des installations photovoltaïques ou éoliennes pour canaliser en amont l’eau utilisée lors de la production hydroélectrique. Ainsi, l’énergie éolienne ou photovoltaïque non injectée dans le réseau pendant la production est utilisée dans ces installations hydrauliques pour alimenter les réservoirs supérieurs de l’infrastructure, permettant ainsi d’utiliser ultérieurement cette ressource en eau de manière renouvelable sans gaspiller l’énergie éolienne ou photovoltaïque produite. Et même si le vent ne souffle pas toujours en notre faveur et que le soleil ne fournit pas toujours l’énergie nécessaire, l’hydroélectricité servirait de refuge à la production d’énergie verte. Voici comment un réservoir se transforme en une batterie géante.

La centrale hydroélectrique espagnole de Gorona del Viento, située sur l’île d’El Hierro (Canaries), illustre parfaitement le succès de ce type de technologie et son fort potentiel de croissance. Entrée en service en 2014, cette centrale fournit 70 % de la demande totale d’électricité de cette petite île des Canaries grâce à une méthode 100 % renouvelable ; elle couvre même 100 % de l’énergie pendant des journées entières.

https://youtube.com/watch?v=KHS-C2svskk&si=EnSIkaIECMiOmarE