HydroélectricitéLa houille blanche
15 % de l'électricité mondiale, 95 % du stockage d'énergie : l'hydraulique reste la colonne vertébrale du mix renouvelable, entre géants du Yangtsé et STEP alpines.
1Définition
L'hydroélectricité produit de l'électricité en exploitant l'énergie mécanique de l'eau en mouvement. Elle fournit 15 % de l'électricité mondiale et reste, et de loin, la première source d'énergie renouvelable (60 % du renouvelable mondial, 2023).
L'énergie hydraulique exploite l'énergie potentielle de l'eau accumulée en altitude ou son énergie cinétique (cours d'eau, marées, vagues). Convertie en énergie mécanique par une turbine, puis en électricité par un alternateur.
2Histoire
- Antiquité — moulins à eau grecs (Ier siècle av. J.-C.) pour moudre le grain.
- XIe siècle — 5 624 moulins recensés en Angleterre (Domesday Book, 1086).
- 1827 — Benoît Fourneyron invente la turbine hydraulique moderne (85 % de rendement).
- 1849 — James Francis développe la turbine Francis, encore majoritaire aujourd'hui.
- 1878 — Aristide Bergès (France) fait la première démonstration d'hydroélectricité industrielle à Lancey (Isère). Il invente l'expression « houille blanche ».
- 1882 — Mise en service de la première centrale hydroélectrique commerciale (Appleton, Wisconsin, USA).
- 1895 — Niagara Falls : première grande centrale (37 MW).
- 1936 — Barrage Hoover (USA, 2 080 MW) — record mondial de l'époque.
- 2003 — Barrage des Trois-Gorges (Chine) : 22 500 MW. Record actuel.
3Principe physique
La puissance hydroélectrique se calcule simplement :
P = ρ × g × Q × H × η
- P : puissance (W)
- ρ : masse volumique de l'eau (1000 kg/m³)
- g : gravité (9,81 m/s²)
- Q : débit turbiné (m³/s)
- H : hauteur de chute (m)
- η : rendement global (≈ 90 % pour les grandes installations)
Exemple : un débit de 100 m³/s et une chute de 400 m donnent une puissance de 353 MW.
Les turbines se choisissent selon le couple débit/chute :
- Pelton — très hautes chutes (300-1800 m), faibles débits. Alpes, Norvège.
- Francis — chutes moyennes (50-500 m), débits moyens. La plus répandue (60 % du parc).
- Kaplan — basses chutes (5-70 m), gros débits. Fleuves de plaine.
4Types d'aménagements
- Au fil de l'eau — sans retenue importante, turbine un débit quasi-constant. Rhin, Rhône aval.
- Éclusée — petit réservoir, modulation journalière ou hebdomadaire.
- Lac — grand barrage, régulation saisonnière. Serre-Ponçon (Durance), Hoover.
- Pompage-turbinage (STEP) — stockage d'énergie (voir section suivante).
- Microhydraulique — < 10 MW, installations décentralisées, moulins rénovés.
- Marémoteur — exploite les marées. La Rance (France, 1966, 240 MW) = première mondiale.
- Hydrolien — courants marins. Technologie émergente.
5STEP : stockage hydraulique
Les Stations de Transfert d'Énergie par Pompage (STEP ou pumped hydro) sont la technologie de stockage d'électricité dominante au monde : 95 % de la capacité de stockage électrique mondiale.
Deux bassins à altitudes différentes. En heures creuses (nuit, excédent solaire/éolien), on pompe l'eau du bas vers le haut. En heures pleines (pointes de demande), on turbine du haut vers le bas. Rendement aller-retour : 75 à 85 %. Durée de stockage : de 6 heures à 1 semaine.
Les STEP sont cruciales pour intégrer les énergies intermittentes. Exemples notables : Grand'Maison (France, 1 790 MW), Bath County (USA, 3 000 MW), Fengning (Chine, 3 600 MW, la plus grande au monde depuis 2022).
6Dans le monde
| Pays | Production | Part du mix électrique |
|---|---|---|
| Chine | 1 340 | 15 % |
| Brésil | 430 | 63 % |
| Canada | 385 | 59 % |
| États-Unis | 250 | 6 % |
| Russie | 197 | 18 % |
| Inde | 175 | 10 % |
| Norvège | 140 | 88 % |
| France | 58 | 11 % |
Certains pays tirent l'essentiel de leur électricité de l'hydro : Norvège (88 %), Éthiopie (96 %), Paraguay (99 %), Albanie (95 %).
7Enjeux environnementaux
L'hydroélectricité émet 24 g CO₂/kWh en moyenne (ACV), mais ses impacts écosystémiques peuvent être majeurs.
- Déplacements de populations — 1,3 million pour les Trois-Gorges.
- Perte de biodiversité — migrations de poissons bloquées (saumons, anguilles).
- Altération du régime sédimentaire — érosion côtière en aval.
- Émissions de méthane — dans les réservoirs tropicaux (dégradation de matière organique noyée).
- Évaporation — pertes d'eau en zones semi-arides.
Le potentiel résiduel mondial est limité dans les pays développés (quasi saturé) mais encore considérable en Afrique, Asie du Sud et Amérique latine. La directive-cadre européenne sur l'eau (2000) impose la continuité écologique et le démantèlement des barrages obsolètes.