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L’énergie hydroélectrique

L’énergie hydroélectrique est la première source d’électricité renouvelable en France, et la deuxième source d’électricité derrière le nucléaire. L’énergie hydraulique est exploitée depuis des siècles en France : les anciens moulins à eau qui jalonnent nos rivières en sont la preuve. À partir de la fin du XIXe siècle, l’énergie hydraulique a été exploitée pour produire de l’électricité, et l’hydroélectricité a permis un développement économique très important du pays.

La filière hydroélectrique est aujourd’hui essentielle pour l’équilibre et la sécurisation du réseau électrique français. L’un des principaux enjeux actuels est d’assurer la modernisation de ce réseau, tout en s’assurant de sa compatibilité avec des exigences accrues en matière de sécurité et de respect de l’environnement.

Fonctionnement des différents types de centrales

 

Le principe de l’hydroélectricité est de transformer l’énergie de l’eau (lacs, cours d’eau et marées) en électricité.
Une installation hydroélectrique capte l’eau pour l’orienter vers une turbine reliée à un alternateur transformant l’énergie cinétique de la rotation en énergie électrique. Cette énergie est ensuite injectée sur le réseau électrique.

Une grande partie des installations hydroélectriques sont composées d’un ouvrage de retenue, comme un barrage, pour stocker l’eau et la réorienter ensuite vers une usine de production dans laquelle l’eau met la turbine en mouvement. La puissance électrique dépend du débit et de la vitesse de la veine d’eau. Plus les installations disposent de retenues importantes, plus celles-ci permettent d’accumuler des volumes d’eau importants pour augmenter le débit turbiné. Puissantes et rapidement mobilisables, ces installations offrent au système électrique une excellente flexibilité pour répondre aux pics de consommation.

On distingue plusieurs types d’installations hydroélectriques. Pour plus de simplicité, la distinction se fait en fonction de leur capacité de retenue :

  • Les centrales au fil de l’eau ne sont pas équipées de retenues d’eau, et turbinent donc tout ou partie du débit d’un cours d’eau en continu. Peu modulable, leur production dépend entièrement du débit des cours d’eau ;
  • Les centrales éclusées disposent d’une faible capacité de stockage, comprise entre 2 heures et 400 heures de production. Ces installations permettent une modulation journalière ou hebdomadaire de la production. Les volumes d’eau stockés dans leurs retenues peuvent être turbinés pendant les pics de consommation ;
  • Les centrales de lac disposent d’une retenue d’eau plus importante, nécessitant généralement des barrages de grande taille. Ces installations sont très rapidement mobilisables en cas de pointe de consommation ;
  • Les stations de transfert d’énergie par pompage ou STEP sont des lieux de stockage et non de production : elles permettent de pomper de gros volumes d’eau dans un réservoir pour pouvoir les turbiner pendant les pics de consommation.

 

La filière de l’énergie hydroélectrique en France

 

En France, la capacité totale installée est de 25 784 MW, ce qui fait de la filière hydraulique la deuxième source d’électricité française, et la première parmi les énergies électriques renouvelables.

Les installations hydroélectriques sont cependant très disparates. D’après le baromètre 2018 des énergies renouvelables électriques, la filière hydroélectrique française représente 2 300 centrales :

  • 100 centrales de lac (environ 9 000 MW de puissance au total) ;
  • 1 900 centrales au fil de l’eau (plus de 50 % de la production hydraulique, mais avec une puissance de seulement 7 600 MW au total) ;
  • 150 centrales d’éclusée (4 200 MW installés) ;
  • Une dizaine de STEP (puissance cumulée de 4 500 MW).

 

95 centrales disposent d’une puissance entre 50 et 600 MW et représentent à elles seules 60 % de la capacité de production nationale hydroélectrique.

Fin septembre 2018, les trois principales régions productrices d’énergie hydroélectrique sont l’Auvergne Rhône-Alpes, l’Occitanie et Provence-Alpes-Côte d’Azur, représentant à elles trois 78 % de la production d’électricité de la filière au cours de l’année écoulée : les zones de montagnes sont en effet les plus propices aux retenues d’eau d’envergure.

 

Avantages et limites de l’hydroélectricité

 

Les atouts de l’hydroélectricité

 

L’énergie hydroélectrique présente des avantages intéressants : il s’agit d’une technologie connue et parfaitement maîtrisée, car apparue et exploitée depuis plus d’un siècle.

Une fois mise en place, une centrale hydraulique produit de l’électricité sans rejeter de déchets ou émettre de gaz polluants : la production d’électricité est donc dite « propre ».

Les petites centrales hydrauliques (jusqu’à 10 MW) permettent d’apporter de l’électricité dans des endroits reculés, afin de maintenir une activité économique importante en zone rurale. Les plus petites centrales d’une puissance de 1 MW permettent de couvrir les besoins en électricité d’environ 630 foyers, sans infrastructure de retenue ni de vidanges susceptibles de perturber l’écosystème environnant. Toutes les petites centrales sont conçues pour respecter les cours d’eau.

Les plus grandes centrales, quant à elles, sont capables de produire des quantités élevées d’énergie et ont donc des rendements très intéressants. Les systèmes de barrage offrent une flexibilité très appréciable de la production en permettant de régler l’intensité du débit d’eau.

Les retenues d’eau s’inscrivent dans une logique d’aménagement et de valorisation du territoire : des lacs de barrage comme Sainte-Croix dans le Verdon constituent de véritables attractions touristiques, avec des plages aménagées et diverses activités nautiques. Elles peuvent aussi contribuer au développement agricole, en facilitant l’irrigation des terres cultivées.

Les installations hydrauliques sont résistantes, sécurisées, et leur durée de vie est élevée. Le coût de la sécurité des centrales hydrauliques est, par ailleurs, nettement plus faible que celui des centrales nucléaires.

 

Les limites et enjeux de l’hydroélectricité

 

La filière hydroélectrique n’est pas uniforme et les enjeux diffèrent selon les installations considérées. Les principaux enjeux de l’énergie hydroélectrique en France concernent la modernisation et la flexibilisation du réseau, avec l’installation de centrales de plus en plus puissantes, dans le respect de l’environnement et de la biodiversité des zones d’installation.

Plusieurs limites ralentissent la modernisation du réseau hydroélectrique en France.

Le coût de la construction des barrages, en particulier les coûts de génie civil, en fait partie.

La nécessité de trouver des terrains adaptés également : la construction de centrales hydrauliques exige un terrain en relief pour un débit intensif. Les terrains exploitables sont pour beaucoup déjà équipés, ou occupés par des habitants. La construction de barrages peut ainsi conduire à des déplacements de population importants, ainsi qu’à de nombreuses expropriations dont les coûts sociaux et financiers deviennent de plus en plus exorbitants.

Les impacts environnementaux des nouvelles installations font aussi partie des principaux enjeux de la filière hydroélectrique. Les barrages modifient la physionomie des cours d’eau et ont donc des répercussions sur l’environnement :

  • Le débit réduit et les fortes variations de débit perturbent la circulation de la faune aquatique, empêchant la route migratoire de certains poissons migrateurs amphihalins ;
  • Les variations de température et d’humidité induites par la constitution d’une grande masse d’eau constituent également un risque pour la biodiversité environnante ;
  • Le nivellement des crues saisonnières par les barrages fait disparaître la saisonnalité des cours d’eau. Plusieurs espèces dépendant d’une variation du niveau d’eau et de l’alternance des marées sont ainsi régulièrement détruites.

Installer une petite centrale : est-ce rentable ?

La construction d’une pico-centrale hydraulique domestique nécessite bien entendu le passage d’un cours d’eau sur son terrain. Le débit doit être suffisamment fort et régulier pour faire tourner la turbine de la centrale. Il est indispensable de faire établir une étude de faisabilité par des professionnels, puis de déposer une demande d’autorisation administrative de « droit d’eau », un permis de construire, ainsi qu’une autorisation de travaux sur le cours d’eau.

Un dossier détaillé est nécessaire, en particulier pour estimer les impacts environnementaux de l’installation de la centrale.
De plus en plus difficiles à obtenir, ces autorisations ne garantissent en rien la rentabilité des installations.

La construction d’une petite centrale hydraulique reste un investissement lourd, bien que les dépenses d’exploitation soient quasi-nulles. La rentabilité de l’installation dépendra du potentiel hydroélectrique du site, de la qualité du matériel, ainsi que de son utilisation (autoconsommation d’un foyer ou raccordement à un réseau pour revente d’électricité).

La durée moyenne d’amortissement d’une pico-centrale est pour l’instant estimée entre 20 et 30 ans. Une durée longue, au regard des contraintes administratives et techniques de l’installation, comparée par exemple à l’installation de panneaux solaires.

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