Version du 14 mai 2008 à 12:06

Introduction

Un barrage hydro-électrique est un ouvrage d'art pouvant prendre des dimensions considérables. En s'opposant à l'écoulement naturel de l'eau, le système permet d'emmagasiner de l'énergie potentielle de pesanteur. Celle-ci sera transformée en énergie électrique par la chute de l'eau sur des turbines reliées à des alternateurs.

L'implantation d'un ouvrage d'une telle ampleur n'est pas sans risque, c'est pourquoi il est indispensable de réaliser au préalable des études poussées. La décision de construction est fondée sur des conditions optimales afin de limiter tout désagrément provenant d'une éventuelle erreur humaine ou d'un incident naturel.

Un contrôle régulier doit être réalisé sur l'ensemble du système pour garantir son bon fonctionnement, assurer sa pérénité et garantir la sécurité.

Les différents types d'installation hydro-électrique

En fonction de leur situation géographique, du type de cours d'eau, de la hauteur de la chute, de la nature du barrage et de la situation par rapport à l'usine de production électrique, diverses catégories d'installations hydro-électriques sont référencées. Voici cependant les 3 principales :

• De lac ou de haute chute

Présence dans les sites de haute montagne
Débit faible et dénivelé très fort (chute supérieure à 300 m)
Le barrage forme un lac de retenue en s'opposant à l'écoulement de l'eau et l'électricité est produite lorsque les vannes sont ouvertes ; La production peut donc être variable en fonction de la demande
Les turbines utilisées sont de type Pelton

• D'éclusée ou de moyenne chute

Présence dans les sites de moyenne montagne ou de bas relief
Débit moyen et dénivelé assez fort (chute entre 30 et 300 m)
Les turbines utilisées sont de type Francis

• Au fil de l'eau ou de basse chute

Présence sur le cours de grands fleuves ou de grandes rivières
Débit très fort et dénivelé très faible (chute inférieure à 30 m)
Le barrage ne forme pas de retenue d'eau et l'électricité est produite en temps réel ; la production dépend principalement du débit du fleuve
Les turbines utilisées sont de type Kaplan

Le fonctionnement d'un barrage hydro-électrique de haute chute

1 : L'eau s'accumule et forme un lac de retenue car le barrage s'oppose à l'écoulement naturel de l'eau.

2 : L'eau s'engouffre dans de longs tuyaux appelés conduites forcées lorsque les vannes sont ouvertes.

3 : L'eau est conduite vers la centrale hydraulique située en contrebas. Cette centrale se met en marche selon un programme pré-défini qui est propre à chacune d'entre elle et qui dépend des besoins en électricité.
Dans cette centrale, la force de l'eau fait tourner une turbine, qui à son tour, fait fonctionner un alternateur qui produit un courant électrique alternatif.
L'eau turbinée qui a perdu de sa puissance est rejetée dans le cours d'eau par un canal de fuite.

4 : La tension du courant électrique produit par l'alternateur est élevé à l'aide d'un transformateur. L'électricité est ensuite distribuée par les lignes à haute et très haute tension.

Pour avoir un ordre d'idée : Un mètre cube d’eau qui tombe de 360 mètres de haut produit une énergie de 1 KWh.

L'hydro-électricité en France et dans le monde

• La production mondiale

L'hydro-électricité est la 2ème source d'énergie mondiale (environ 3000 TWh produits en 2005 ce qui correspond à 16% de la production totale d'énergie). De plus, elle a la particularité d'être présente sur tous les continents et d'y être répartie de façon homogène.

Voici la liste des pays les plus producteurs d'énergie hydro-électrique (chiffres 2005) :

1. Chine (12,7%)
   
2. Canada (12,5%)
   
3. Brésil (11,6%)
   
4. Etats-Unis (9,9%)
   
5. Russie (5,5%)
   
6. Norvège (4,6%)
   
7. Inde (3,4%)
   
8. Japon (3,0%)
   
9. Suède (2,5%)
   
10. France (1,9%)
    

• La production française

L'hydro-électricité est également 2ème au classement des installations de production d'énergie en France avec un total de 61 TWh produits en 2006 (soit 11% de l'énergie française produite, le nucléaire en représentant 78%).

Les principales régions productrices d'énergie hydro-électrique sont Rhône-Alpes (39%), Midi Pyrénées (16,7%), PACA (14,6%) et Alsace (11,4%).

Exemples

En France, nous retrouvons plusieurs exemples de ces ouvrages, simplement en suivant le Rhône : en effet, 19 barrages hydro-électriques ont été construits sur son cours de Génissiat (construction achevée en 1948, 6 turbines de 66 MW chacune) à Vallabrègues , en passant par Pierre-Bénite, Péage de Roussillon, Caderousse et bien d'autres...

Il existe également de nombreux ouvrages sur le Verdon comme celui de Castillon construit en 1949, dont la hauteur d'eau de 100m provoque une retenue d'eau de 150 millions de m3 sur une surface totale de 500 ha. L'usine de barrage hydro-électrique comporte 4 turbines d'une puissance de 13 MW chacune.
Il y a également, sur cette même rivière, ceux de Chaudanne, Sainte Croix, Quinson, Gréoux les Bains et Vinon sur Verdon.

Le coût d'un barrage hydro-électrique

• Prenons un exemple de construction de barrage hydro-électrique dans le sud de la Corse:
  

Son nom: Le Rizzanese
Sa hauteur: 40m
Sa capacité: 1,3 millions de m3
Sa production: 80GWh d'électricité par an
Son coût estimé: 150 millions d'Euros

Ceci n'est que l'exemple d'un petit barrage et ses dimensions, comme son coût, restent très raisonnables.

• Dans une toute autre dimension, le coût de réalisation du barrage des Trois Gorges en Chine avoisine les 22 de milliards d'Euros.
  

Sa hauteur: 185m pour 2km de long
Nombre de turbines: 26 turbines de 700MW chacunes
Sa puissance: 18 200MW d'électricité soit l'équivalent de 10 centrales nucléaires

Ses dimensions et sa production annuelle d'électricité sont évidemment immenses à côté du barrage Le Rizzanese.
Toutefois, il est très difficile de donner une fourchette de coûts de réalisation d'un barrage de taille moyenne, puisque les conditions peuvent varier significativement d'un site à l'autre.

La maintenance réalisée sur ces ouvrages

En général, une maintenance courante sur les mécanismes de production d'électricité est réalisée toutes les semaines (graissage, contrôle du fonctionnement correct de tous les organes...) sans arrêter les machines.

Des entretiens ponctuels peuvent être nécessaires, tels que le démontage des turbines, rotors ou autres parties mécaniques ; dans ce cas l'arrêt momentané d'un groupe de production est programmé sur quelques jours.
Une maintenance de contrôle sur la stabilité de l'ensemble est régulièrement effectuée à l'aide par exemple de lunettes de visée qui permettent de mesurer les éventuels déplacements de l'ouvrage. Un système permet de vérifier la verticalité de l'ouvrage par des moyens topologiques.

Tout cela est réalisé dans le but de protéger les personnes vivants à proximité du barrage.

Avantages et inconvénients de l'hydro-électricité

• Avantages

Bien évidemment, l'hydro-électricité est une énergie non polluante car elle ne dégage pas de gaz à effet de serre et ne produit pas de déchets toxiques et est considérée comme énergie renouvelable puisqu'elle est offre des réserves qui se reconstituent en permanence.

De plus, c'est une énergie économique, son coût de production étant parmi les plus bas des moyens actuels.

• Inconvénients

Cependant, il existe des freins importants à la construction d'un barrage hydro-électrique.

Tout d'abord, il y a l'impact humain que représente l'implantation d'un tel ouvrage puisqu'il entraîne des déplacements de populations très importants. Des populations qui, dans certains pays, ne reçoivent pas de compensations à hauteur du préjudice (logement, emploi...).
Par exemple, la construction du barrage des Trois Gorges en Chine a déplacé près de 2 millions de personnes, détruit des milliers d'hectares de terres agricoles, des villages entiers et des sites archéologiques.

Il y a également un impact environnemental du à la retenue d'eau formée par le barrage. En effet, on ne peut résister à la disparation de forêts, d'espèces animales et végétales ainsi qu'à de nombreux problèmes d'envasement et au manque de limon qui rend les terres plus fertiles dans les vallées en aval. Tous ces élements montrent que les barrages provoquent des conséquences irréversibles sur les écosystèmes et qu'il est nécessaire de les limiter au maximum avec des études anticipées et préalables à la décision de contruire ces ouvrages.

Bibliographie

http://tpe.vije.net/dossier.htm#1
http://www.enviro2b.com/environnement-actualite-developpement-durable/5162/article.html
http://www.planete-energies.com/contenu/energies-renouvelables/energie-hydraulique/centrale-hydraulique.html
http://www.serre-poncon.com/memoire/barrage02.html
http://www.cnr.tm.fr/fr/index.htm
http://www.edf-barragesduverdon.fr/amenagement1.asp