Documentation > Energie > Energie - bric à brac > L'hydroélectricité, tout beau tout bon tout propre ? (avril 2006)
Pauvre hydroélectricité : elle n'est pas souvent à l'honneur dans les media quand il s'agit d'électricité d'origine renouvelable, alors qu'en 2004 elle a produit 40 fois plus de TWh dans le monde que l'éolien ! Il y a pourtant plus de 40.000 barrages de plus de 15 mètres de hauteur sur la planète (source : World Commission on Dams), et dans ce total, la Chine en détient plus de 50% (soit 20.000 barrages à elle toute seule !), et l'Inde plus de 5%.
Pourquoi construit-on des barrages ? Question stupide, se dira le lecteur : pour produire de l'électricité. Allons-y pour une première surprise : pour de nombreuses zones de la planète, la première raison à la construction de barrages est... seulement l'irrigation (sans production électrique). Ainsi, en Asie (hors Chine), l'irrigation seule est à l'origine de la construction des 2/3 des 10.000 barrages de la région, qui ne comportent pas la moindre turbine électrique en aval.
Il y a bien sûr des barrages qui sont construits pour répondre à plusieurs besoins, à savoir à la fois la fourniture d'eau pour l'irrigation et de la production électrique. Quand on a besoin de relâcher de l'eau au même moment pour les deux usages c'est parfait, mais si ce n'est pas le cas il peut y avoir concurrence entre les usages. C'est le cas en France, quand on demande à EDF de fournir de l'eau aux agriculteurs en plein été, à un moment où la consommation électrique ne le demande pas.
Avant d'aller plus loin, il y a une deuxième idée couramment répandue qu'il faut mettre à mal : que l'essentiel de la production hydroélectrique vient de lacs de barrage situés en altitude, que nos amis Suisses appellent des "centrales à accumulation" (pour l'excellente raison que l'on y accumule de l'eau servant ensuite à faire fonctionner des turbines situées en aval). De fait, ces lacs de barrage permettent de disposer de l'électricité la plus précieuse qui soit : celle qui est disponible à tout moment et mobilisable en quelques minutes seulement (le temps d'ouvrir les vannes), et qui permet d'ajuster en permanence la production à la demande.
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Comme un lac de barrage se vide généralement assez vite quand on s'en sert, ces installations ne fonctionnent pas en permanence, mais sont réservées à l'ajustement fin de la production à la demande (et cette électricité fait partie de celles qui traversent les frontières quand les barrages suisses permettent d'ajuster la tension du réseau pour le consommateur Breton !). En cumulé sur l'année (qui compte 8.760 heures, comme chacun(e) sait), un barrage fonctionne de l'ordre de 1000 à 1500 heures.
Mais il y a une deuxième hydroélectricité, moins visible donc moins souvent évoquée, qui s'appelle "au fil de l'eau". Elle provient d'installation situées dans des grands fleuves, ou l'eau qui coule - éventuellement après avoir été canalisée dans une écluse - actionne une turbine qui tourne tout autant en permanence, avec de gros débits mais de faibles hauteurs de chute. Cette électricité là est toujours précieuse parce qu'elle est obtenue sans utiliser de combustible fossile ou nucléaire, mais elle ne dispose plus de l'avantage de la mobilisation à la demande que possède sa cousine issue des barrages.
Pour cette raison de fourniture en permanence elle est parfois qualifiée de "fatale" (un produit "fatal", dans un processus quelconque, n'est pas un produit qui tue tout le monde ! Il s'agit juste d'un produit que l'on obtient de toute façon, même si on ne le désire pas) : cette électricité est injectée dans le réseau en permanence, comme une large partie de celle des réacteurs nucléaires.
Quand on parle de production hydroélectrique d'un pays, il s'agit bien de la somme de l'électricité issue des lacs de barrage et de celle issue du "fil de l'eau", alors que seule la première permet de satisfaire la demande d'électricité de pointe. En France, par exemple, les deux contributions (barrages et fil de l'eau) sont à peu près équivalentes en ordre de grandeur.
Sous ces deux formes, l'hydroélectricité a fourni environ 6% de l'énergie primaire consommée par le monde en 2004 (l'énergie primaire est ici l'équivalent des combustibles fossiles nécessaires pour produire une quantité identique d'électricité), ou encore 16% de l'électricité mondiale. La proportion de l'électricité qui est produite avec des installations hydroélectriques est évidemment très variable d'un pays à l'autre, puisque cela peut aller de zéro (pour des pays très plats en général) à 100% pour certains pays richement dotés en montagnes, et qui n'utilisent que cela ou presque (la Norvège, l'Islande, le Brésil...).
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La part de l'électricité dans le "mix" énergétique n'étant pas le même selon les pays, il peut aussi être intéressant de regarder ce que "pèse" l'hydroélectricité dans l'approvisionnement global en énergie primaire, parce que cette donnée sera utile pour la suite du raisonnement.
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Une fois que nous avons vu tout cela, et qui donne la situation actuelle, il y a bien évidemment la question qui tue : pourrait-on faire beaucoup plus avec de l'hydroélectricité ? Car sur le papier nous avons là une espèce de martingale, du moins pour la partie "barrages" :
l'électricité ne se stocke pas, mais l'eau dans un lac de barrage si,
Dès lors, pourquoi ne pas produire la totalité de notre électricité par ce moyen ? Et comment expliquer que, loin de croître, la construction de nouveaux barrages est en forte diminution dans de nombreuses régions du monde depuis les années 1970 ?
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C'est que les limites du monde vont se mêler de l'affaire. Il y a en effet un plafond à la production hydroélectrique qu'il est impossible de dépasser : c'est, en schématisant un peu, l'énergie que l'ensemble de l'eau précipitée sur une zone de montagne peut restituer en descendant du lac de barrage ou elle est collectée jusqu'au fond de la vallée. Supposons par exemple qu'un lac de barrage collecte les précipitations annuelles tombant sur 10 km2 de sol, dans une région où il pleut 1000 mm (soit un mètre) par an. Nous avons là un volume de précipitations annuelles de 10 km2 x 1 mètre = 10.000.000 m3 d'eau, pesant 10 milliards de kg. Si cette eau est collectée dans un lac de barrage, d'où elle peut "chuter" de 1000 mètres (avec une conduite forcée partant du barrage et amenant l'eau à une turbine située 1000 mètres en aval), elle va libérer une énergie (E = mgh) de 100.000 milliards de joules, soit environ 27 GWh.
Dans notre exemple, si la topographie du lieu ne permet pas de faire "chuter" l'eau précipitée de plus de 1000 mètres, mais de 500 mètres seulement, c'est 14 GWh que nous obtiendrons au plus (en fait moins avec les frottements de la turbine). Si le relief permet une dénivellation de 2000 mètres entre la surface du lac de barrage et la turbine, nous tirerons par contre 54 GWh dans l'année, déduction faite du rendement de la turbine, mais ce cas de figure est très favorable.
Faisons maintenant un petit calcul d'ordre de grandeur. Quelle contribution maximale l'hydroélectricité pourrait-elle apporter en Europe ? Le tableau ci-dessous donne les résultats d'une approximation grossière, consistant à calculer combien d'énergie est récupérable si toute l'eau précipitée sur une surface donnée peut être collectée pour être ensuite utilisée, sur une hauteur de chute moyenne figurant ci-dessous, pour produire de l'électricité avec un rendement de 80%.
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| Rhone Alpes |
44 000 |
1 000 |
1 500 |
180 |
144 |
| Reste Massif Central |
20 000 |
1 200 |
1 000 |
65 |
52 |
| Suisse |
41 000 |
800 |
2 000 |
179 |
143 |
| Pyrénées |
50 000 |
1 000 |
1 000 |
136 |
109 |
| Autriche |
84 000 |
1 000 |
1 500 |
343 |
275 |
| Norvège |
100 000 |
500 |
1 000 |
136 |
109 |
| Suède |
100 000 |
500 |
1 000 |
136 |
109 |
| Italie |
80 000 |
600 |
1 000 |
131 |
105 |
| Reste de l'Europe |
100 000 |
800 |
1 000 |
218 |
174 |
| Total |
1 525 |
1 220 |
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Ce calcul permet de définir ce que les électriciens appellent un "potentiel théorique", qui pour l'Europe est donc de l'ordre du millier de TWh. Mais récupérer pour la turbiner la moindre de goutte de pluie qui tombe sur un relief n'est pas toujours possible : il faut des vallées "suspendues" intermédiaires pour installer un lac de barrage d'où l'eau sera envoyée par une conduite forcée à une turbine située en aval, car si il n'y a pas de réservoir en altitude il est impossible d'obtenir des productions importantes (une fois que l'eau est à fond de vallée on ne peut plus la faire "chuter"). Les électriciens définissent ensuite ce qui s'appelle un potentiel "techniquement installable", dont je confesse ne pas savoir si il est basé sur des considérations purement techniques ou si l'économie entre en jeu.
Quoi qu'il en soit, une fois que des barrages sont installés partout où c'est "techniquement faisable", c'est-à-dire avec des conditions de relief particulières, on ne peut plus faire grand chose de plus. C'est ce qui explique la croissance puis la décroissance de la courbe de construction des barrages ci-dessus : il est habituel de considérer que, en Europe, à peu près tout ce qui était installable a été installé. Et ce sont les nombres qui vont le montrer : la production hydroélectrique européenne a été de l'ordre de 500 TWh en 2003 (source BP Stat), c'est-à-dire une fraction significative du potentiel théorique calculé de manière grossière ci-dessus. Sur notre vieux continent, donc, passer la proportion d'électricité d'origine hydraulique de 10% (valeur actuelle) à 80% semble tout bonnement impossible, et même une multiplication par 2 est probablement hors de portée. Comme le reste des sources renouvelables pour produire de l'électricité sont pour le moment dans l'épaisseur du trait, et condamnées à y rester pour certaines d'entre elles (voir par exemple la page sur l'éolien), produire beaucoup d'électricité - en Europe - sans faire beaucoup de CO2 porte nécessairement un très vilain nom : le nucléaire ! (enfin tout dépend des points de vue...)
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Bien entendu, l'Europe n'est pas seule au monde. Dans d'autres pays, les barrages "techniquement faisables" et non encore construits peuvent être nombreux, comme en atteste la comparaison ci-dessous pour l'Asie hors Chine.
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Mais en fait nous allons voir que les limites du système n'ont pas été atteintes tout simplement parce que la consommation électrique de ces pays reste modeste. En France, nous avons produit environ 65 TWh d'hydroélectricité en 2003, soit, en ordre de grandeur, 1 TWh par million d'habitants, et cette contribution ne représente que 15% de notre consommation intérieure (en chiffres ronds).
Sur le graphique ci-dessus, nous voyons que l'Inde pourrait produire 600 TWh à partir d'hydroélectricité : c'est beaucoup ! Sauf que... cela ne représente même pas 1 TWh par million d'Indiens et par an. Si les Indiens veulent consommer autant d'électricité que les Français, cela est impossible à partir de la seule hydroélectricité (malgré l'abondance des montagnes). Même l'Indonésie (200 millions d'habitants) ne pourrait tirer que 2 TWh par million d'habitants et par an, soit 25% de son électricité si chaque Indonésien voulait consommer comme un Français. Et pour tous ces pays l'intermittence de l'éolien ne disparaît pas comme par enchantement, rendant cette autre électricité d'origine renouvelable capable d'assurer le complément.
Enfin il reste à vérifier que l'hydroélectricité, bien que renouvelable, soit à parer de toutes les vertus, et soit notamment préférable au nucléaire. Provocation ? Nous allons voir.
Pour assurer une production annuelle de 30 TWh environ, une centrale nucléaire occupe de l'ordre d'un km2. Pour une production identique, des lacs de barrage doivent couvrir environ 50 km2 (en supposant qu'ils font 200 m de profondeur en moyenne, qu'ils doivent accumuler la production totale à un moment donné, et que l'eau chute de 1500 m, comme cela vous saurez tout !). Certes un lac est plus joli qu'un aéroréfrigérant, mais en termes de préjudice pour l'environnement, vaut-il mieux bétonner 1 km2, ou supprimer toute vie terrestre sur 50 km2 ? Car il ne faut pas oublier que les lacs de barrage sont parfaitement artificiels, même s'ils sont jolis !
Le barrage des Trois Gorges, en Chine, va créer un lac qui fera mille km de long, et occupera donc une superficie de plusieurs millers de km2, qui va "noyer" tout ce qui se trouvait là avant, et va nécessiter le déplacement d'un million de personnes. La même puissance électrique aurait pu être fournie par 15 réacteurs nucléaires, occupant quelques km2 seulement, et qui n'aurait nécessité le déplacement de presque personne. Au vu de ces données, et si le "politiquement correct" n'est pas ce qui guide la conclusion au premier chef, est-il si trivial de savoir où est la vertu ?
Mais, va-t-on me faire remarquer, le nucléaire fait des accidents monstrueux comme à Tchernobyl, alors que les barrages c'est inoffensif. Encore un mythe qui a la peau dure : les barrages, sur Terre, ont tué considérablement plus que les centrales nucléaires ! En Europe seule, les accidents de barrage sont responsables de plus de 2.000 décès (Malpasset-Frejus, en 1959, et Vajont-Longarone, en 1963), soit l'équivalent du haut de la fourchette pour les conséquences possibles de Tchernobyl, et c'est sans parler des multiples ruptures qui ont eu lieu ailleurs dans le monde...
Finalement, l'hydroélectricité, c'est comme tout le reste : ca peut être tout bon ou tout mauvais, et c'est la dose qui fait le poison !