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Qu'est-ce que l'hydroélectricité ?
Date de publication : 10 mai 2024
Contributrices : Amanda McGrath, Alexandra Jonker
L'hydroélectricité est un type d'énergie renouvelable qui utilise la puissance des flux d'eau pour générer de l'électricité. L'énergie générée par les centrales hydroélectriques est propre, fiable et durable, ce qui en fait une alternative pertinente aux combustibles fossiles dans la lutte contre le changement climatique.
Pour produire de l’hydroélectricité, l’énergie cinétique de l’eau qui coule ou tombe est transformée en énergie électrique à l’aide d’un générateur. En termes simples, cela signifie que l’eau en mouvement fait tourner des turbines, ce qui génère de l’énergie. Par exemple, la construction d'un barrage sur une rivière crée un réservoir d'eau stockée. Lorsque de l’électricité est nécessaire, les portes du barrage s’ouvrent et la gravité aspire l’eau à travers un tuyau appelé conduite forcée. L’eau qui coule pousse les pales d’une turbine, les faisant tourner. Cela permet au générateur connecté de créer de l'électricité. Ensuite, l’eau retourne dans la rivière de l’autre côté du barrage.
L’hydroélectricité, également appelée énergie hydroélectrique ou énergie hydraulique, est une source essentielle de production d’énergie. Sa capacité a augmenté de plus de 70 % au cours des 20 dernières années et, en 2020, elle était la plus grande source d’énergie à faibles émissions de carbone, représentant un sixième de la production mondiale d’électricité.1
L’hydroélectricité est souvent appréciée pour son caractère renouvelable et sa fiabilité. Les combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) sont en quantité limitée, alors que l'hydroélectricité peut être produite indéfiniment sans épuiser les ressources naturelles de la Terre. D'autres sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire ou l'éolienne, dépendent des conditions météorologiques. À l'inverse, l'énergie hydroélectrique peut être produite de manière constante tout au long de l'année.
L’hydroélectricité est également considérée comme une source d’énergie propre. Elle génère moins d’émissions de gaz à effet de serre (tels que le dioxyde de carbone, le méthane et autres) que la production d’énergie à base de combustibles fossiles, ce qui en fait une option plus durable pour les entreprises, les pays et les communautés qui tentent d’atténuer les effets du changement climatique. Les centrales hydroélectriques fonctionnent généralement plus efficacement que les centrales à combustibles fossiles. Certaines méthodes de production hydroélectrique offrent la possibilité de stocker l’énergie excédentaire, ce qui peut contribuer à améliorer la stabilité du réseau électrique et à augmenter la capacité électrique globale.
Quels sont les différents types d'hydroélectricité ?
L'hydroélectricité peut être produite par plusieurs types d'installations qui utilisent différentes méthodes pour produire de l'électricité. Chaque type a ses avantages et ses inconvénients et dépend de facteurs tels que la situation géographique, les sources d'eau disponibles et les besoins spécifiques en énergie.
L’hydroélectricité de retenue, aussi appelée hydroélectricité de réservoir, constitue le type de production d’énergie hydroélectrique le plus courant. Elle s’appuie sur des installations de retenue, telles que des réservoirs ou de grands barrages, pour stocker l’eau et la libérer à la demande pour produire de l’électricité en actionnant des turbines.
Ce type d’hydroélectricité est propice à la production d’électricité à grande échelle. Les installations de retenue stockent de grands volumes d’eau, ce qui signifie qu’elles peuvent produire une quantité importante d’énergie électrique. Comme l’eau est stockée de manière stable, l’hydroélectricité en retenue est considérée comme une source d’énergie fiable et prévisible. Cependant, en période de sécheresse, la production d'énergie peut être affectée.
Ici, l’eau est déplacée entre des stations situées à des altitudes différentes. Ces installations puisent l’eau vers une altitude supérieure pendant les périodes de faible demande, puis la libèrent pour générer de l’électricité pendant les périodes de forte demande.
Ce type de centrale hydroélectrique fonctionne comme une batterie, stockant l’énergie générée par d’autres sources d’énergie (telles que l’énergie solaire, l'éolienne et le nucléaire) pour une utilisation ultérieure. Ces systèmes de stockage permettent d'équilibrer la charge au sein du réseau. L’énergie stockée peut être utilisée pour répondre à des hausses soudaines de la demande ou pour compenser les sources d’énergie renouvelables intermittentes (telles que l’énergie éolienne et solaire) qui ne produisent pas suffisamment. Toutefois, il peut être difficile de trouver des sites avec un dénivelé adapté à ce type de production.
Les systèmes basés sur la dérivation (on parle de « centrales au fil de l'eau ») ne nécessitent que peu ou pas de stockage d’eau. Au lieu de cela, le débit et le dénivelé naturels d’une rivière sont utilisés pour générer de l’électricité renouvelable en la détournant via un canal ou une conduite forcée pour actionner des turbines avec son courant. Les petites centrales hydroélectriques de diversion sont plus susceptibles d’être trouvées dans les régions montagneuses, où le dénivelé naturel de la rivière fournit un fort débit pour la production d’électricité.
Ces installations hydroélectriques ont généralement une empreinte environnementale plus faible que les installations de retenue, car elles ne nécessitent pas de grands réservoirs et ont moins d'impact sur les écosystèmes naturels. Mais elles fonctionnent également à plus petite échelle, ce qui signifie qu’elles génèrent globalement moins d’électricité. Et comme elles dépendent du débit des rivières, leur production peut être plus fluctuante, en particulier dans les régions où les précipitations varient selon les saisons.
Bien que les types d’hydroélectricité décrits ci-dessus couvrent la plupart des installations existantes, d’autres variantes sont utilisées. Par exemple, certaines installations exploitent l’énergie marémotrice en utilisant le rythme des marées océaniques pour produire de l’électricité. On parle également de micro-hydroélectricité pour faire référence à des systèmes plus petits conçus pour produire de l'électricité pour une petite communauté, une seule maison ou une installation éloignée. Ils peuvent être au fil de l’eau ou comprendre un petit réservoir.
L'utilisation de l'énergie hydraulique remonte aux civilisations anciennes, comme les Grecs, les Romains et la dynastie chinoise des Han, qui utilisaient des roues hydrauliques pour moudre le grain et pomper l'eau. Toutefois, ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle que l'énergie hydraulique a été utilisée à plus grande échelle pour produire de l'électricité.
1878
Le premier projet hydroélectrique au monde alimentait une seule lampe, dans le Northumberland, en Angleterre.
1882
La première centrale hydroélectrique commerciale entre en service à Appleton, dans le Wisconsin, aux États-Unis. 20 ans plus tard, on recense des centaines de petites centrales électriques en service dans le monde entier.
1936
Achèvement du barrage Hoover sur le fleuve Colorado aux États-Unis. Au moment de sa construction, c'était la plus grande centrale hydroélectrique au monde. Sa création a généré un boom des projets hydroélectriques. Il fonctionne toujours aujourd’hui et fournit de l’énergie à l’Arizona, au Nevada et à la Californie.
1984
Le projet chinois du barrage des Trois Gorges est approuvé. Achevé en 2012, c'est aujourd'hui la plus grande centrale hydroélectrique du monde en termes de capacité installée.
Années 2000 à nos jours
La technologie hydroélectrique progresse, suscitant un intérêt croissant pour les systèmes à petite échelle et les installations au fil de l’eau, qui ont moins d’impact sur l’environnement que les projets de barrages à grande échelle. Ces technologies énergétiques créent de nouvelles opportunités pour la production hydroélectrique.
L’hydroélectricité est utilisée partout dans le monde pour produire de l’électricité et fournir une énergie propre et renouvelable :
La Chine est le plus grand producteur d'hydroélectricité au monde, avec plus de 356 000 mégawatts de capacité installée. Le pays a investi massivement dans des projets hydroélectriques, notamment le barrage des Trois Gorges, qui est le plus grand projet hydroélectrique au monde. Ce barrage, situé sur le fleuve Yangtze et achevé en 2012, offre une capacité de 22,5 gigawatts (GW).
Les centrales hydroélectriques et autres sources d’énergie représentent environ 6 % de l’électricité produite aux États-Unis.2 Le barrage de Grand Coulee sur le fleuve Columbia dans l’État de Washington est le plus grand projet hydroélectrique du pays, avec une capacité de production d’environ 6,8 GW. Mais le projet hydroélectrique le plus connu au monde est peut-être le barrage Hoover. Situé à la frontière entre l’Arizona et le Nevada, il a été achevé en 1936 et offre une capacité d’environ 2 GW. Ce barrage fournit non seulement de l’électricité aux services publics et privés du Nevada, de l’Arizona et de la Californie, mais régule également le débit d’eau pour l’irrigation et assure un contrôle préventif des inondations.
L’hydroélectricité est une source importante d’énergie renouvelable en Europe, représentant plus de 12 % de la production d’électricité de l’Union européenne.3 La Norvège, par exemple, produit plus de 90 % de son électricité totale à partir de l’hydroélectricité.4 Le plus grand projet hydroélectrique d’Europe en termes de capacité est le barrage de Saïano-Chouchensk, en Russie. Il s’agit de la septième plus grande centrale hydroélectrique au monde, avec une capacité de 6,4 GW.
Il existe plusieurs projets hydroélectriques d'envergure sur le continent sud-américain. Le barrage d'Itaipu, une entreprise commune du Brésil et du Paraguay sur le fleuve Parana, est l'un des plus grands producteurs opérationnels d'énergie hydroélectrique au monde. Elle a une capacité de production installée de 14 GW. Au Venezuela, le barrage de Guri, également connu sous le nom de centrale hydroélectrique Simón Bolívar, a une capacité d'environ 10,2 GW et fournit jusqu'à 80 % de l'électricité du pays.
De nombreux pays d'Afrique se tournent vers l'hydroélectricité pour répondre à leurs besoins énergétiques croissants. Des projets tels que le grand barrage de la Renaissance en Éthiopie et le barrage d'Inga en République démocratique du Congo ont le potentiel de fournir des quantités importantes d'énergie renouvelable au continent. En Égypte, le haut barrage d'Assouan sur le Nil est l'un des plus grands projets hydroélectriques d'Afrique. Achevé en 1970, il a une capacité de production d’environ 2,1 GW. Ce barrage a eu un impact sur l'agriculture et l'économie du pays en augmentant le stockage de l'eau pour l'irrigation et en produisant de l'énergie hydroélectrique.
En tant que source de production d'électricité, l'hydroélectricité présente de nombreux avantages, mais cette méthode a également ses limites.
Défis environnementaux
Bien que l’hydroélectricité ait un impact environnemental inférieur à celui de la plupart des autres sources de production d’électricité, elle peut tout de même affecter les écosystèmes et les habitats de la faune et de la flore. Par exemple, les barrages peuvent perturber le débit naturel des rivières, ce qui entraîne des changements dans la température de l’eau, la sédimentation et les flux de migration des poissons. La construction de grands projets d'hydroélectricité peut être coûteuse et peut produire des émissions de gaz à effet de serre. Une fois en place, les réservoirs qui en résultent peuvent également produire des émissions de GES. Lorsque la matière organique piégée dans le réservoir se décompose, elle peut libérer du méthane, un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le dioxyde de carbone. Toutefois, il convient de noter que la quantité de méthane produite varie en fonction des caractéristiques spécifiques de chaque réservoir.
Défis liés à l’expansion
Les projets hydroélectriques peuvent se heurter à des limitations géographiques. Comme nous l'avons mentionné, il peut être difficile de trouver des sites appropriés pour certains types de production d'énergie hydroélectrique. Et leurs performances globales ne sont pas à l’abri de l’impact des conditions météorologiques changeantes. Bien que l'eau soit une source renouvelable de production d'électricité, les niveaux et la disponibilité de l'eau peuvent varier en fonction des saisons, des catastrophes naturelles (telles que les sécheresses), des changements à long terme dans les régimes de précipitations ou de la contamination de l'approvisionnement en eau.
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Ressources
L’énergie renouvelable est l’énergie produite à partir de sources naturelles qui se renouvellent plus vite qu’elles ne sont utilisées.
La décarbonisation est une méthode visant à atténuer le changement climatique en réduisant les émissions de gaz à effet de serre (GES).
Ce terme fait référence au réchauffement de la planète, à savoir l’augmentation documentée de la température globale de la surface de la Terre depuis la fin des années 1800.
Comprendre les avantages et les inconvénients des énergies renouvelables peut aider les entreprises à mieux planifier leur déploiement.
La capacité mondiale de production d’énergie renouvelable augmente plus rapidement que jamais au cours des trente dernières années.
Comprendre les types de sources d’énergie renouvelables actuellement disponibles est essentiel pour réduire l’empreinte carbone et l’impact environnemental des organisations.
Notes de bas de page
1 Hydropower Special Market Report (lien externe à ibm.com), Agence internationale de l'énergie, juin 2021
2 Hydropower explained (lien externe à ibm.com), Agence américaine d’information sur l’énergie (EIA) et département de l’Énergie des États-Unis, avril 2023
3 Shedding light on energy - 2023 edition (lien externe à ibm.com), Eurostat, mars 2023
4 Norway Electricity Security Policy (lien externe à ibm.com), Agence internationale de l'énergie, octobre 2022