L'hydroélectricité , les barrages

L'énergie hydroélectrique met à profit l'énergie de l'eau qui se déplace d'un point haut vers un point bas, essentiellement pour produire de l'électricité. Les projets de production d'énergie hydroélectrique englobent des projets de barrages-réservoirs, de centrales d'éclusées ou au fil de l'eau et de centrales dans le courant à toutes les échelles de projet. Cette diversité permet à l'énergie hydroélectrique de répondre aux importants besoins urbains centralisés ainsi qu'aux besoins ruraux décentralisés.

La production varie selon les aléas de l'hydraulicité (débit d'une année ou d'un mois donné par rapport à une année ou un mois considéré comme "normal").

Historique

L'usage de la force hydraulique remonte au début de notre ère. Jusqu'au moyen-âge, de nombreux moulins permettaient de fournir de l'énergie mécanique. Certains d'entre eux produisent encore aujourd'hui de l'énergie électrique renouvelable. La conversion des sites à la production d'électricité s'est faite à partir de la fin du XIXème siècle.

En France, les grandes installations hydroélectriques ont été développées au cours du XXème siècle sous le régime de la concession de force hydraulique : l'État confiait, généralement pour 75 ans, l'exploitation de la chute d'eau au concessionnaire en contrepartie de la réalisation, par ce dernier, des installations qui intègrent le domaine public hydroélectrique. Ceci a conduit à un important effort d'équipement qui a permis d'exploiter une grande partie du potentiel hydroélectrique français par de grands aménagements.

Les types de centrales hydrauliques

L'utilisation de la force motrice de l'eau peut s'envisager soit au "fil de l'eau" soit à partir de retenues obtenues par des barrages.

On distingue alors plusieurs techniques et centrales :

Les centrales au fil de l'eau

Les centrales au fil de l'eau ne disposant pas de capacité pour retenir l'eau, turbinent en continu le débit du cours d'eau.

En France, ce sont les centrales hydrauliques les plus nombreuses (environ 1 900 unités). En France, elles représentent la moitié de la production hydraulique et fournissent une production continue toute l'année.

Les centrales de lac de type "barrage"

Elles permettent de produire de l'électricité en retenant l'eau dans un réservoir (lac) situé en amont d'un barrage. Le passage de l'eau dans des turbines permet de produire de l'électricité. Cette technologie représente une puissance très rapidement mobilisable en période de pointe de consommation, en vidant davantage le réservoir.

En France, une centaine d'installations constitue un tiers de la puissance hydraulique installée (environ 9 000 MW fin 2012)

Les centrales par éclusées

Ces centrales permettent un stockage quotidien ou hebdomadaire de quantités moyennes d'eau.

En France, il existe 150 centrales de ce type pour une capacité installée d'environ 4 200 MW.

Les centrales de pompage-turbinage (ou stations de transfert d'énergie par pompage, STEP)

Elles utilisent un réservoir amont et un réservoir aval entre lesquels l'eau est pompée vers l'amont en période de basse consommation quand l'électricité est peu chère et turbinée vers l'aval en période de pointe de consommation. Il ne s'agit pas à proprement dit d'un site de production mais davantage d'un centre de stockage d'énergie.

En France, il existe une dizaine de STEP pour une puissance cumulée de 4 500 MW.

La pico-hydroélectricité

"Il s'agit d'un procédé encore récent et peu développé. Le principe est d'équiper des canalisations d'eau potable de microturbines qui se servent de la gravité pour produire de l'énergie. Les puissances concernées sont très faibles – 380 kW pour les deux microturbines de l'agglomération de Nice, par exemple –, mais l'investissement initial est faible, l'impact environnemental quasi nul, et le débit, régulier et assuré" (Observ'er).

Les avantages de l'hydroélectricité

Barrage du Chevril (Barrage de Tignes) - France
© Daniel Reversat

L'hydroélectricité est la seule énergie renouvelable et modulable et présente donc plusieurs atouts.

Il s'agit d'une source d'énergie renouvelable et nationale. Elle permet un stockage de l'énergie et la modulation de la production électrique, apportant ainsi une contribution appréciable à la stabilité du système électrique.

L'électricité ne se stockant pas, l'équilibre d'un système électrique ne peut être réalisé qu'en ajustant en permanence la production à la consommation, en étant capable de moduler quasiment instantanément la puissance produite et injectée sur le réseau. La possibilité de pouvoir moduler rapidement la production d'électricité revêt donc une importance particulière.

Cette source d'énergie n'émet pas directement des gaz à effet de serre, ni d'autres gaz polluants.

L'hydroélectricité, lorsqu'elle est associée à un réservoir (lac, barrage, etc.), est la seule énergie renouvelable modulable, avec de surcroît la possibilité de faire monter très rapidement la puissance électrique produite. Elle joue un rôle crucial dans la sécurité et l'équilibre d'un système électrique, en permettant :

• un démarrage rapide et une montée jusqu'à la pleine puissance en quelques minutes,
• une bonne stabilité de fonctionnement dans les situations très perturbées que peuvent connaître les réseaux électriques,
• une capacité de redémarrage permettant, en cas d'écroulement du réseau électrique, de relancer le système électrique

En plus de la production d'énergie, l'exploitation des réservoirs des centrales hydroélectriques est souvent liée à leurs multiples usages, comme l'alimentation en eau potable, l'irrigation, la maîtrise des crues et des sécheresses et la navigation.

Les conséquences négatives de l'hydroélectricité sur l'environnement

En créant des chutes d'eau artificielles lors de la construction d'un ou de plusieurs ouvrages, la ligne d'eau et la pente naturelle du cours d'eau sont modifiées. Les eaux courantes se transforment alors en une succession de retenues d'eau stagnante : les conséquences sur l'écosystème et l'environnement ne sont pas anodines :

• ralentissement et une uniformisation de l'écoulement ;
• une modification de la température ;
• une augmentation de l'eutrophisation, représentée notamment par les proliférations d'algues, du fait d'un apport en éléments nutritifs (phosphore, azote…) en provenance du bassin versant et du faible renouvellement des eaux ;
• une baisse de la quantité d'oxygène dissout dans l'eau ;
• une diminution de la quantité d'eau à l'étiage, due à l'évaporation plus forte des eaux stagnantes en période estivale ;
• un débit réduit à l'aval de l'ouvrage (débit réservé) ou encore de brusques variations de débits (éclusées) en cas de dérivation des eaux ;
• une diminution de la capacité auto-épuratrice du cours d'eau ;
• une augmentation des hauteurs d'eau en amont de l'obstacle, accompagnée d'une immersion des berges par un élargissement plus ou moins important du cours d'eau selon la hauteur de l'ouvrage.

Lorsque ces ouvrages sont associés à une prise d'eau ou une dérivation alimentant un moulin par exemple, ils contribuent à l'uniformisation du débit du cours d'eau à un très faible niveau sur une grande partie de l'année et réduisent la fréquence des variations de débits liées en particulier aux petites crues.

Des sédiments bloqués à l'amont de l'ouvrage qui favorisent l'érosion et l'effet de serre

La rivière est un flux continu de matériaux solides, fins ou grossiers, arrachés au bassin versant. De manière générale, l'obstacle peut entraîner un blocage du flux de sédiments et un déficit à l'aval, déséquilibrant la dynamique du cours d'eau et affectant la morphologie du lit. Transport solide et transport liquide étant naturellement équilibrés dans la dynamique fonctionnelle d'un cours d'eau, le déficit génère souvent une érosion du lit en aval de la retenue et provoque la disparition des substrats favorables à la vie et à la reproduction des espèces aquatiques. Selon l'importance du piégeage des sédiments par l'obstacle, on assiste à des phénomènes d'érosion et d'enfoncement du lit à l'aval pouvant aboutir au déchaussement de ponts et autres ouvrages d'art.

Alors que cette source d'électricité est mise en avant pour sa contribution quasi nulle à l'effet de serre, un rapport accusait en 2002 les barrages d'émettre, via leurs réservoirs, d'importantes quantités de méthane, un puissant gaz à effet de serre. En effet, le processus naturel de sédimentation des limons du fleuve et la décomposition de grandes quantités d'organismes vivants et de matières organiques qui sont enfouies lors de leur dépôt dans le réservoir, entraînent des réactions de fermentation, qui émettent du méthane. Toutefois, en contrepartie, l'écosystème du réservoir, constitué par des algues, diverses variétés de planctons et des poissons, va prélever naturellement du dioxyde de carbone à l'atmosphère. Un équilibre qui dporterait finalement la contribution des barrages à 1% des émissions de GES dans le monde selon Atle Harby, chercheur à SINTEF.

La mobilité des espèces et l'accès à leurs habitats restreints, voire condamnés

Les possibilités de déplacement des espèces sont fortement réduites en raison des obstacles à l'écoulement, plus ou moins infranchissables, et de la segmentation du cours d'eau induite par la succession d'obstacles.
Ainsi, sur les 292 plus grands systèmes fluviaux du monde en 2005 (représentant 60% du ruissellement dans le monde), plus d'un tiers (105) ont été considérés comme fortement touchés par la fragmentation, et 68 modérément touchés (e-Journal de l'eau de l'UNESCO No. 254, 07/2011).

Or, la fragmentation des aires de répartition favorise l'isolement des populations. Ce cloisonnement empêche tout échange génétique entre les différents groupes d'une même espèce, augmente les risques en cas de pathologies et réduit les possibilités de fuite et d'éventuelles recolonisations lors de perturbations accidentelles (pollutions,...). La biodiversité est donc affectée.

Impact sur la faune aquatique en France

Selon les statistiques du Ministère de l'Environnement, 60 000 seuils et barrages sont recensés sur les cours d'eau métropolitains. L'essentiel de ces ouvrages est abandonné et ne fait plus l'objet d'un usage clairement identifié ni même d'un entretien quelconque. La majeure partie est constituée de seuils inférieurs à 5 m dont la prolifération constitue l'impact majeur sur l'état des milieux aquatiques.
Parmi ces ouvrages des milliers sont d'anciens seuils de moulin ou de prise d'eau d'irrigation ou d'alimentation d'étang, abandonnés depuis des siècles dont les impacts cumulés perdurent.

Selon les estimations, les ouvrages seraient responsables de la diminution de 44% de la densité d'anguilles depuis 1983 tandis que les turbines des centrales hydroélectriques provoqueraient un taux de mortalité des anguilles retournant en mer de l'ordre de 10% à 20% pour les moins dommageables.

Or, toutes les espèces de poissons ont besoin de circuler sur un linéaire plus ou moins long de la rivière afin d'accomplir leur cycle de vie : reproduction, alimentation, croissance... Les grandes espèces migratrices amphihalines - anguilles, saumons, aloses, lamproies...-, qui peuvent avoir un parcours long de plusieurs centaines de kilomètres entre l'estuaire et l'amont des bassins versants, sont particulièrement concernées. Cette progression vers les lieux de croissance ou de reproduction est de plus en plus difficile, voire totalement impossible. Il en résulte un retard ou une absence des géniteurs sur les lieux de ponte et par conséquence, une réduction du renouvellement des populations. Résultat : une nette diminution des effectifs, voire l'extinction de l'espèce. Le saumon sauvage, considéré comme vulnérable en France, a ainsi disparu de la plupart des grands fleuves français : Rhin, Seine, Garonne... ; il est aujourd'hui très menacé sur l'axe Loire-Allier.

Dès 1865, une loi a acté l'importance de stopper les impacts des barrages sur la circulation des grands migrateurs (saumon, aloses, anguilles, etc.) dont les populations commençaient à baisser sérieusement, remettant en cause l'alimentation des populations rurales qui en dépendaient. C'est pourquoi, les premiers décrets de classements de cours d'eau imposant des échelles à poissons sur les barrages à construire ont été pris au début du 20è siècle. Après 1984, cette obligation s'est petit à petit imposée aux ouvrages existants sur ces cours d'eau.

Afin de préserver des milieux aquatiques de qualité, un autre type de classement a été instauré depuis les années 1980, qui interdit tout nouveau barrage hydroélectrique sur les cours d'eau classés.

La loi sur l'eau et les milieux aquatiques (LEMA) du 30 décembre 2006 a prévu la révision de ces classements afin qu'ils permettent plus efficacement de respecter les obligations liées à la directive-cadre sur l'eau.

L'impact sur les populations

De nombreux projets pharaoniques de barrages sont en construction dans les pays en voie de développement. Même si ils pourrotn fournir une énergie électrique conséquente, ces barrages menacent directement des millions d'autochtones qui vivent sur les rives des fleuves convoités.
Ainsi, de tels projets sont souvent menés sans véritable concertation, entraînent la destruction des pêcheries des riverains et l'inondation de terres agricoles fertiles. Par conséquent, les autochtones sont obligés de se déplacer, alimentant notamment les bidonvilles des villes surpeuplées.