Qu’est-ce que l’hydroélectricité ? Fonctionnement, avantages et inconvénients

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L’hydroélectricité est un type d’énergie renouvelable. Elle est produite dans des centrales hydroélectriques à partir de la force motrice de l’eau. Comment ça marche ? Quels sont les avantages et les inconvénients de ce type d’énergie ?

Hydroélectricité : la transformation de l’eau en énergie

L’hydroélectricité est le résultat d’une transformation de la force motrice de l’eau en énergie. Par conséquent, pour comprendre exactement ce qu’est l’hydroélectricité, il faut répondre à la question : comment l’eau est-elle transformée en énergie ?

L’eau est transformée en énergie par le biais de la force mécanique, récoltée dans de grandes usines appelées « centrales hydroélectriques ».

Bien qu’il existe différentes sortes de centrales hydroélectriques (que l’on examine un peu plus bas dans cet article), le principe reste le même partout :

Dans la centrale hydroélectrique, une masse d’eau en mouvement actionne des machines rotatives appelées « turbines ». Ces turbines tournent alors de plus en plus vite. Elles sont reliées à des alternateurs chargés de transformer toute cette énergie mécanique en électricité. Cette électricité est ensuite injectée dans le réseau, pour être acheminée jusque chez les consommateurs. On lui donne le nom d’hydroélectricité.

💧 Le saviez-vous ? Hydro vient du grec ancien « hudôr », qui signifiait « eau ».

On comprend donc ici pourquoi l’hydroélectricité est une énergie renouvelable : elle est produite à partir de l’eau, une ressource naturelle et sans impact nocif sur l’environnement.

Comment fonctionne une centrale hydroélectrique ?

Les 3 composantes de la centrale

La centrale hydroélectrique est une sorte d’usine, qui contient une installation se servant de la force de l’eau pour produire de l’électricité. Elle se compose de 3 parties essentielles : le barrage, la centrale et le transformateur.

  • Le barrage : composant essentiel de la centrale, il permet de retenir et gérer le flux d’eau, pour ensuite le transformer en électricité. On le trouve au niveau d’un cours d’eau ou d’une rivière ;
  • La centrale : située en dessous du barrage, en contrebas, elle contient la turbine qui va s’actionner au contact de la force de l’eau. Cette turbine va ensuite faire fonctionner l’alternateur. Ce dernier produit le courant alternatif envoyé au transformateur ;
  • Le transformateur : c’est lui qui, au final, génère l’électricité grâce à la force de l’eau. C’est un peu technique, mais pour faire simple, il élève la tension du courant produite par l’alternateur. Cette électricité va ensuite être transportée par les lignes à haute et très haute tension.
Que devient l’eau qui a servi à produire l’hydroélectricité ? La centrale la rejette tout simplement dans le cours d’eau qui l’a acheminée.

Les différents types de centrales hydroélectriques

Il existe 3 types de centrales hydroélectriques : les centrales de réservoir, les centrales au fil de l’eau, et les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). On vous explique de quoi il retourne.

Les centrales de réservoir

centrale hydroélectrique

Les centrales de réservoir (ou centrales de haute chute) sont des constructions généralement placées en haute montagne. Elles comportent un barrage de retenue. Il s’agit d’un dispositif qui stocke l’eau dans un immense réservoir. Le but est d’être en capacité de répondre à un besoin énergétique inattendu ou très important. La centrale conserve ainsi la matière aqueuse pour produire de l’énergie, qui sera disponible en cas de pic de consommation d’électricité. Ceci explique son nom de « centrale de réservoir ».

Les centrales au fil de l’eau

Les centrales au fil de l’eau sont positionnées au-dessus des cours d’eau importants. Ces bâtiments reçoivent et traitent de l’eau de manière continue, d’où leur nom « au fil de l’eau ». Ils génèrent ainsi une quantité d’énergie qui est en permanence disponible et utilisable.

Les stations de transfert d’énergie par pompage

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) fonctionnent de deux manières. D’un côté, elles pompent l’eau acheminée depuis un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur, lors des pics de demande. De l’autre, elles fournissent une assistance au réseau dans les pays qui n’ont pas de grands réservoirs dans leurs centrales.

Quelle est la centrale la plus puissante ?

Les centrales de rétention ont une plus grosse puissance électrique que les centrales au fil de l’eau, car elles ne sont pas dépendantes des courants.

Qui produit l’hydroélectricité ?

La France comporte sur son territoire d’assez nombreux cours d’eau, fleuves et rivières. Cette bonne capacité de production lui a permis de développer à peu près 2300 centrales hydroélectriques. Ce chiffre confère à la France, pays producteur d’énergies renouvelables, la deuxième place sur le podium européen des producteurs d’hydroélectricité.

Cependant, au niveau mondial, la France est concurrencée par des acteurs bien plus puissants. Ainsi, les pays qui produisent le plus d’hydroélectricité sont les suivants :

  • La Chine (31,0 %), ;
  • Le Brésil (9,4 %) ;
  • Le Canada (8,8 %) ;
  • Les États-Unis (6,7 %).

L’énergie hydraulique est, à ce jour, l’énergie renouvelable la plus exploitée au niveau mondial.

Qui consomme l’hydroélectricité ?

La France est un pays fortement consommateur d’hydroélectricité : cette électricité verte représente 70 % de la part d’énergies renouvelables consommées sur le territoire. Elle complète ainsi l’approvisionnement en électricité fourni par les autres types d’énergie, notamment les énergies fossiles (nucléaire, pétrole, charbon, gaz). Ces dernières restent pour le moment fortement majoritaires, en France mais aussi partout dans le monde.

Au niveau des profils de consommateurs, les fournisseurs d’électricité verte apportent cette énergie hydroélectrique aussi bien jusqu’au domicile des particuliers qu’aux locaux des professionnels.

Qui fournit l’hydroélectricité aux consommateurs ?

Les fournisseurs d’électricité verte achètent l’hydroélectricité sur les marchés de gros. Ils la revendent ensuite au détail aux particuliers et aux entreprises.

Pour recevoir de l’électricité directement produite à partir des centrales, il faut être proche du lieu de production. En effet, l’électricité ne se stocke pas et ne peut donc pas être acheminée sur de très longues distances. Pour pallier ce problème, de nombreux fournisseurs proposent des abonnements d’électricité soumis au système des Garanties d’Origine.

Qu’est-ce qu’une Garantie d’Origine ? C’est un document électronique qui certifie que l’électricité consommée par le client est produite dans les mêmes quantités par des sources d’énergie verte, puis injectée dans le réseau de consommation. Concrètement, vous ne consommez donc pas d’électricité verte en souscrivant une telle offre. En revanche, vous êtes assuré que quelqu’un d’autre en bénéficiera dans les quantités que vous avez utilisées.
Comment fonctionne le marché de l’énergie ?
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Les avantages de l’hydroélectricité

Énergie hydrolienne électricité

L’hydroélectricité comporte de nombreux avantages :

  • Une énergie propre et renouvelable : le plus grand atout de cette énergie est bien sûr son caractère propre et renouvelable. En exploitant la force de l’eau, les centrales contribuent à produire des énergies plus respectueuses de la planète ;
  • Une capacité d’indépendance énergétique : l’exploitation de la puissance de l’eau augmente la capacité à autosatisfaire les pays producteurs. En effet, les nations qui comportent de nombreuses centrales hydroélectriques s’assurent une indépendance énergétique ;
  • Des rendements performants : les centrales ont la capacité de produire des quantités élevées d’énergie, car elles sont souvent placées dans des zones géographiques comportant des reliefs de terrain et des chutes d’eau importantes ;
  • La durée de vie des centrales hydroélectriques : elle est particulièrement longue ;
  • Le faible niveau d’émissions de gaz à effet de serre : le fonctionnement des centrales hydroélectriques émet très peu de gaz à effet de serre. La seule source d’émission carbone est liée à l’usage du ciment. Il faut aussi savoir qu’un très léger taux de méthane se dégage des lacs de retenue dans les zones tropicales, lors des premières années de remplissage ;
  • La capacité et la flexibilité des centrales hydroélectriques à stocker l’eau : elles permettent de moduler la distribution d’énergie sur les réseaux électriques pour maintenir l’équilibre offre-demande. Le système des barrages donne la possibilité de régler aisément l’intensité du débit d’eau et la production d’énergie finale, ce qui donne une production flexible, capable de s’adapter en cas de hausse de consommation électrique.

Les inconvénients de l’hydroélectricité

L’énergie hydraulique a beau être renouvelable, son exploitation de masse n’est pas sans conséquences sur l’environnement :

  • Destruction d’écosystèmes : le principal inconvénient de l’hydroélectricité est son impact sur les écosystèmes entourant les centrales. En effet, les barrages construits par l’homme retiennent non seulement l’eau, mais aussi les espèces animales et les sédiments transportés… Ceux-ci sont alors rejetés dans des canaux de fuite, et perturbent les écosystèmes alentour ;
  • Disparition de surfaces agricoles : dans le cadre d’un projet d’installation de centrales hydroélectriques, les populations doivent être déplacées et de nombreuses surfaces agricoles sont condamnées à disparaître ;
  • Contraintes et coût d’installation : le cahier des charges à honorer en cas d’installation de centrale hydroélectrique est très contraignant. Le projet doit notamment assurer une résistance aux catastrophes naturelles (séismes, crues) et avoir fait l’objet de nombreuses études de l’impact environnemental sur la faune et la flore locale. La construction d’un tel dispositif est, en outre, très coûteuse.

Petite histoire de l’hydroélectricité

L’énergie hydraulique est le plus ancien type d’énergie utilisé et maîtrisé par l’être humain. Dès l’ère romaine, elle permettait de faire fonctionner des mécanismes et de moudre du grain. On utilisait alors des roues hydrauliques pour produire une énergie mécanique entraînée par la force de l’eau.

Par la suite, les moulins à eau se sont répandus partout. Mais il n’était pas encore question d’électricité !

C’est au 19e siècle que naissent les prémices de l’hydroélectricité. De nombreux chercheurs se penchent sur la force motrice de l’eau, et les premières turbines voient le jour en France.

En 1882, Thomas Edison installe la première centrale hydroélectrique aux États-Unis. Il utilise des dynamos pour produire de l’électricité, qui va alimenter les maisons environnantes. Par la suite, des alternateurs et des transformateurs remplacent les dynamos.

Dès le début du 20e siècle, la France multiplie sa production de centrales hydroélectriques. Elles répondent, entre autres, aux besoins de l’industrie de la papeterie. Enfin, de nombreux barrages seront construits. Aujourd’hui, on n’en dénombre pas moins de 2300 sur le sol français.