Energies renouvelables en France : enjeux et perspectives

  • 12 janvier 2024
  • Temps de lecture: 6 - 7 min

Énergie hydraulique ou hydroélectricité : fonctionnement, avantages et perspectives d’une énergie d’avenir

L’énergie hydraulique ou hydroélectricité offre une combinaison puissante de durabilité et de fiabilité. Tirant profit des mouvements naturels de l'eau, elle est une solution prometteuse pour répondre aux défis énergétiques contemporains. Développée dès les années 1970 en France, l’énergie hydraulique est arrivée à maturité et les projets d’avenir ne manquent pas. Tour d’horizon des opportunités offertes par une source d’énergie respectueuse de l’environnement.

centrale hydraulique

L’énergie hydraulique, c’est quoi ? 

Définition de l’énergie hydraulique 

L'énergie hydraulique, ou énergie hydroélectrique, est une forme d'énergie renouvelable provenant de l'utilisation de l'énergie cinétique et potentielle de l'eau en mouvement. Elle est principalement générée par la conversion de l'énergie de l'eau en électricité, les centrales hydroélectriques exploitant ce type d’énergie. 

3 éléments composent une centrale hydraulique :  

  • Un barrage pour capturer l'eau 
  • Une centrale qui assure la production d'électricité 
  • Des lignes électriques qui évacuent et transportent l'énergie électrique. 

Le processus de production d'électricité, à partir de l'énergie hydraulique, implique la construction d'un barrage sur un cours d’eau. L'eau accumulée derrière celui-ci forme un réservoir, créant une différence de hauteur entre le niveau de l'eau en amont et en aval. Lorsque cette dernière est libérée de manière contrôlée, elle passe à travers des turbines, convertissant l'énergie cinétique de l'eau en énergie mécanique. Cette énergie est ensuite transformée en électricité par un générateur. En France, EDF exploite 4 253 centrales hydrauliques et plus de 600 barrages. 

Les chiffres de l’énergie hydraulique en France 

L’hydroélectricité constitue la deuxième source de production électrique en France, derrière le nucléaire. Notre pays dispose de l’un des plus grands parcs hydroélectriques d’Europe avec 25,7 GW (gigawatts) produit par an. Nous nous classons derrière la Norvège, la Suède et la Turquie. 
En 2022, la production hydroélectrique représentait 11,1 % de la production électrique totale dans l’Hexagone. Par ailleurs, la France compte plus de 340 concessions hydroélectriques qui représentent plus de 90 % du total de la puissance hydroélectrique installée. 

hydraulique chiffres
Crédit : RTE

 

L’énergie hydraulique, comment ça fonctionne ? 

Le fonctionnement de l'énergie hydraulique repose sur la conversion de l'énergie potentielle et cinétique de l'eau en énergie mécanique, puis en électricité. Transformer l’énergie hydraulique en électricité est donc possible. Voici les différentes étapes à suivre pour produire de l’hydroélectricité.  

Captation de l'eau 

Un barrage ou une digue est construit sur une rivière ou un cours d'eau pour créer un réservoir. Lorsque l'eau est stockée en amont du barrage, elle accumule de l'énergie potentielle due à la différence de hauteur entre le niveau de l'eau en amont et en aval.  

Contrôle du débit  

L'eau est ensuite libérée de manière contrôlée à travers des conduites forcées ou des conduites d'eau vers les turbines. Le débit d'eau est régulé pour optimiser la production d'énergie en fonction de la demande et des conditions environnementales.  

Les turbines 

L'eau en mouvement fait tourner des turbines. Ces dernières sont des dispositifs rotatifs équipés de pales. L'énergie cinétique de l'eau est convertie en énergie mécanique à mesure que les pales tournent.

Les générateurs électriques 

Les turbines sont connectées à des générateurs électriques. Lorsque les turbines tournent, elles font tourner les bobines de cuivre à l'intérieur du générateur, générant ainsi un champ magnétique et induisant une tension électrique. 

La conversion en électricité  

La tension électrique créée par les générateurs est ensuite convertie en courant alternatif utilisable par le biais de dispositifs appelés convertisseurs. Ce courant électrique est ensuite acheminé à travers des lignes de transmission vers les réseaux électriques pour être distribué aux consommateurs.  

Le réglage de la production d’énergie hydraulique 

La production d'électricité peut être régulée en ajustant le débit d'eau à travers les turbines. Cela permet d'adapter la production d'énergie aux variations de la demande d'électricité. 
 
Il existe quatre façons de produire de l’électricité en utilisant de l’eau en mouvement, à savoir : 
 
•    Hydroélectricité de stockage et de stockage par pompage  
•    Hydroélectricité au fil de l’eau  
•    Hydroélectricité marémotrice  
•    Hydroélectricité houlomotrice

Crédit photo : EDF
Crédit : EDF et RTE

 

L’impact de l’énergie hydraulique 

L'énergie hydraulique présente à la fois des avantages et des inconvénients, et son impact dépend largement de la manière dont elle est exploitée. 

Quels sont les avantages de l’énergie hydraulique ? 

L’énergie hydraulique est une ressource renouvelable très appréciée qui présente trois avantages principaux, à savoir :  

  • C’est une source d’énergie inépuisable. À la différence des énergies fossiles (pétrole ou gaz), elle ne repose pas sur un stock fini de matière première mais sur une ressource constamment renouvelée par le cycle de l’eau. 
  • Elle n’émet pas de CO2. L’énergie hydraulique n’émet pas de CO2. Une fois les barrages construits, la production d’électricité se révèle entièrement verte. 
  • Elle est facilement accessible. C’est le cas notamment en France grâce aux nombreux massifs parsemés dans le pays (Alpes, Pyrénées, Massif central, Jura, Vosges…) 

Quels sont les inconvénients de l’énergie hydraulique ? 

Si l’énergie hydraulique présente de nombreux avantages, on dénombre deux inconvénients principaux, à savoir :  

  • L’installation des barrages, en plus de dégrader le paysage, perturbe certains écosystèmes. En créant des lacs artificiels, ils entraînent l’engloutissement de forêts ou encore de terres agricoles. Ils délogent également les populations animales et humaines présentes autour. 
  • Les opérations de retenue artificielle de l’eau sont susceptibles d’impacter négativement ses capacités naturelles, telles que l’oxygénation, la circulation des sédiments (dépôts naturels laissés par l’eau ou par le vent) ou encore l’irrigation des terres en aval des barrages. 

Les solutions pour limiter les aspects négatifs de l’énergie hydraulique  

Différentes solutions existent afin de limiter les effets négatifs de l'énergie hydraulique, notamment pour atténuer les impacts environnementaux et sociaux associés à la construction de barrages. Voici les principales. 

Une meilleure planification et évaluation des sites de production d’hydroélectricité 

Une planification soigneuse et une évaluation approfondie des sites potentiels peuvent aider à identifier des emplacements appropriés pour les projets hydroélectriques tout en minimisant les impacts environnementaux et sociaux.  

L’adaptation aux changements climatiques  

Les projets hydroélectriques doivent être conçus en tenant compte des changements climatiques pour assurer une gestion durable des ressources en eau

Le développement de technologies plus respectueuses de l'environnement 

La recherche et le développement de technologies plus avancées, telles que les turbines à faible impact, peuvent réduire les impacts sur la faune et la flore.  Voici quelques-unes des avancées technologiques permettant de limiter les aspects négatifs de l'énergie hydraulique :

  • Turbines à faible impact : elles sont conçues pour réduire l'impact sur la faune aquatique en permettant aux poissons de passer plus facilement à travers les installations hydroélectriques.  
  • Passages à poissons : ces systèmes facilitent la migration des poissons autour des barrages, permettant de maintenir les populations de poissons et de préserver l'écosystème aquatique.  
  • Technologies d'écluses améliorées : elles sont à même d’aider les poissons à surmonter les barrages en élevant ou abaissant le niveau de l'eau. 
  • Énergie marémotrice et houlomotrice : ces technologies exploitent l'énergie des marées et des vagues sans nécessiter la construction de grands barrages, réduisant ainsi l'impact sur les écosystèmes fluviaux.  
  • Technologies de sédimentation : ils sont utilisés pour minimiser l'accumulation de sédiments derrière les barrages, préservant ainsi la qualité de l'eau en aval, ainsi que les habitats aquatiques. 

La restauration des écosystèmes  

La mise en œuvre de programmes de restauration écologique visant à réparer, réhabiliter ou améliorer les écosystèmes dégradés, dans les zones touchées par la construction de barrages, peut contribuer à minimiser les impacts à long terme sur la biodiversité. Les programmes de restauration écologique les plus connus sont :  

  • Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) : il soutient divers projets de restauration écologique et travaille à la sensibilisation et à la promotion de bonnes pratiques.  
  • Initiative mondiale pour la restauration de la biodiversité (GIRB) : lancée par la Convention des Nations Unies sur la diversité biologique (CDB), cette initiative vise à restaurer 30 % des écosystèmes dégradés d'ici 2030.  
  • Trillion Trees Initiative : il vise à planter un trillion d'arbres pour lutter contre le changement climatique et restaurer les écosystèmes forestiers. 

La construction de petites centrales hydroélectriques 

Les petites centrales hydroélectriques, communément appelées micro centrales, peuvent réduire les impacts environnementaux en nécessitant des réservoirs plus petits et en minimisant les perturbations des écosystèmes.  

L’engagement communautaire dans la production d’énergie hydroélectrique  

Impliquer activement les communautés locales dans le processus de planification, de mise en œuvre et de gestion des projets hydroélectriques peut atténuer les impacts sociaux en garantissant la prise en compte des préoccupations locales. 

Les énergies alternatives et la diversification 

Encourager la diversification des sources d'énergie peut réduire la dépendance excessive à une seule technologie. Des sources d'énergie alternatives, comme l'énergie solaire et éolienne, peuvent être utilisées pour compléter la production d'énergie hydroélectrique.  

Quel est l’avenir de l’énergie hydraulique ? 

L’hydroélectricité est la première source d’énergie renouvelable en France. Installées dans l’Hexagone dès les années 1970, les centrales hydrauliques étaient à l’origine développées pour répondre à un besoin massif d’électricité, avant que son aspect environnemental ne soit mis en avant. Si l’énergie hydraulique fait moins l’actualité aujourd’hui, c’est parce qu'une grande partie de son potentiel a déjà été développé en France, contrairement aux autres énergies renouvelables. Son avenir passe dorénavant par des centrales plus petites, surnommées « petites hydroélectricités. » 

Des moulins transformés en centrales hydrauliques 

« D’ici 2028, les objectifs fixés par la PPE (Programmation pluriannuelle de l'énergie) pour la production d’hydroélectricité sont modestes avec une augmentation passant de 25,7 GW à 26,8 GW. Cette hausse passe notamment par le développement de la petite hydroélectricité », explique Anne Goergelin, responsable des filières énergies marines renouvelables et hydroélectricité au sein du Syndicat des énergies renouvelables (SER). Le développement de ces centrales permet à des acteurs de différentes tailles d’émerger sur le territoire. L’entreprise FuguTech, par exemple, s’est lancée dans la transformation d’anciens moulins en centrales hydroélectriques. Des grands groupes comme EDF se sont eux aussi positionnés sur ce type de production. « Ces projets renforcent les territoires concernés. Ça a du sens de développer une énergie locale pour alimenter les besoins de la région », assure Anne Georgelin, tandis que les régions Auvergne-Rhône-Alpes, Occitanie, et Sud-Provence-Alpes-Côte d'Azur représentent près de 80 % de la puissance d’hydroélectricité installée sur l’ensemble de la France.  

Une source d’énergie renouvelable facilement stockable et utilisable 

En complément des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien qui semblent difficilement stockables, l’énergie hydraulique peut être entreposée et consommée rapidement. L’avenir de l’hydroélectricité passe notamment par le développement de stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). « Ces stations sont composées de deux bassins situés à des altitudes différentes et permettent de stocker de l’énergie en pompant l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur lorsque la demande électrique est faible et le prix de l’électricité peu élevé. Lorsque la demande électrique augmente, elles restituent de l’électricité sur le réseau en turbinant l’eau du bassin supérieur », précise la responsable au sein du SER. Grâce à leur fonction de stockage, ces installations contribuent à maintenir l’équilibre entre production et consommation sur le réseau électrique, tout en limitant les coûts. 

Les énergies marines, autres sources d’énergie hydraulique 

Les énergies marines produites par les différentes ressources du milieu marin comme la houle, les courants ou encore les marées sont elles aussi prises en compte dans la production d’hydroélectricité par la PPE. La France possède le 2e espace maritime au monde, des milliers de kilomètres de côtes, trois façades maritimes en France métropolitaine : la Manche - Mer du Nord, l’Atlantique et la Méditerranée, ainsi qu’une présence dans tous les océans du monde. Pourtant, elle ne compte qu’une seule usine marémotrice, en Bretagne, inaugurée en 1966, qui produit annuellement l’équivalent de la consommation en électricité de 225 000 habitants, soit la ville de Rennes. « C’était un projet pilote lancé en France pour produire massivement de l’électricité. Mais finalement c’est le nucléaire qui a été choisi à la place », indique Anne Georgelin. A l’heure actuelle, aucun autre projet d’usine marémotrice n’est prévu dans l’Hexagone. « Ce sont des centrales assez puissantes mais qui doivent s’intégrer dans des aménagements du territoire colossaux », conclut l’experte. 

L'énergie hydraulique offre une combinaison unique de fiabilité, de durabilité et de potentiel évolutif. À mesure que ses rouages et son fonctionnement sont explorés, l'hydroélectricité prend une place importante dans la quête d'une transition énergétique réussie. Source d'énergie propre et renouvelable, elle se révèle être un catalyseur de développement durable, contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, à la gestion efficace des ressources en eau et à la création de résilience face aux changements climatiques

Sources :  
https://www.ecologie.gouv.fr/hydroelectricite 
https://analysesetdonnees.rte-france.com/bilan-electrique-production#Hydraulique 
https://bilan-electrique-2020.rte-france.com/production-hydraulique/