Histoire : l’énergie hydraulique et son évolution dans le temps

Le développement des énergies renouvelables est un débat au cœur des différentes politiques, car le changement climatique impacte notre quotidien, mais aussi nos réseaux, notamment par la demande en énergie qui sera toujours en croissance, ne serait-ce que par l’utilisation plus fréquente de la climatisation ou encore l’électrification des parcs automobiles.

L’énergie hydraulique fait partie intégrante des énergies renouvelables, et son mode de fonctionnement la met en tête de ses pairs, car elle a pour avantage de pouvoir fonctionner en continu. Quelle que soit la mécanique utilisée, le principe de fonctionnement reste le même, et on utilise deux points d’un cours d’eau dont on exploite la différence de hauteur. En effet, c’est l’écoulement de l’eau d’un point à l’autre et la pression qu’il exercera qui déclencheront le mécanisme de production qui lui est lié.

L’eau utilisée pour la production d’électricité ne subit pas d’altération et reprend son cours dès que son écoulement est terminé. Un barrage retient une quantité d’eau qui créera d’abord une énergie cinétique, transformée en énergie mécanique par la turbine de la centrale puis en énergie électrique grâce à un générateur.

Le fonctionnement général de la récupération d’énergie hydraulique

Pour récupérer l’énergie hydraulique, on utilise une centrale, et cette dernière ne fonctionnera pas de la même manière selon qu’elle est construite sur un cours d’eau ou sur un lac.

Dans le premier cas, c’est la puissance du cours d’eau qui entraîne une turbine produisant de l’énergie en activant un alternateur qui, lui, transformera l’énergie mécanique en électricité. Les centrales sur cours d’eau produisent en continu, et ce, sur toute l’année. Le débit de l’eau est de manière générale assez élevé même si le dénivelé est relativement faible (moins de 30 mètres). Ce type de centrale, appelé aussi centrale au fil de l’eau, représente environ 90% des centrales hydroélectriques de France.

Sur un lac, en revanche, il y a une construction de barrage. Ce dernier retient une masse d’eau cumulée. La pression de l’eau ainsi retenue entraîne un turboalternateur qui produit de l’électricité. Le faible débit d’un “lac de retenue”, formé par la fonte des glaciers et l’écoulement naturel de l’eau, est rattrapé par un dénivelé très important, avec une chute d’eau dépassant les 300 mètres.

Il existe des centrales intermédiaires dites d'éclusée ou de moyenne chute, ces dernières fonctionnant comme les barrages de lacs, mais avec une hauteur de chute moindre.

L’énergie hydraulique et le stockage ?

Eh oui, le stockage de l’énergie hydraulique existe, mais comment ça marche ? C’est assez simple, par un système de station de transfert d’énergie par pompage (STEP). Une technologie pratique qui permet d’inverser l’afflux de l’eau et de stocker ainsi la production d’énergie hydraulique. Développé dans les années 1970, ce dispositif est composé de deux bassins placés à une hauteur différente, d’une turbine et d’une pompe. Lorsque le besoin est faible, l’eau est transférée du bassin le plus bas vers le bassin le plus haut, et l’inverse est réalisé (transférant l’eau du bassin supérieur à l’inférieur) pour actionner la turbine lorsque la demande est plus importante, fonctionnant alors comme une centrale hydraulique classique et créant de l’hydroélectricité, une énergie propre.

Deux choses précieuses entrent en compte dans l’énergie hydraulique : la gravité et le soleil. En effet, sous la chaleur du soleil, l’eau s’évapore et crée des nuages, transportés par les vents. Ces mêmes nuages, une fois portés dans des températures plus fraîches de l’atmosphère, se transforment en précipitations sous forme de pluie et/ou de neige, leur composition d’eau étant alors condensée et ces phénomènes peuvent être accentués avec le changement climatique qui impacte la production d’énergie. Les précipitations alimentent alors les nappes phréatiques, les cours d’eau et les lacs.

Un premier dispositif pour utiliser l’énergie des courants et cours d’eau est la roue à aubes, ancêtre de la turbine hydraulique, entraînée par la force du courant et produisant ainsi une énergie cinétique.

La roue à aubes sera remplacée dès l’Antiquité par des moulins à eau, comme il y a eu des moulins avant les éoliennes, ces derniers utilisant cette force cinétique pour actionner des pilons afin de moudre le grain, entre autres.

Comment et par qui l’hydroélectricité a-t-elle été découverte ?

Un ingénieur français, Aristide Bergès, porte une attention plus que particulière à la “houille blanche”, l’énergie produite par les chutes d’eau et crée un dispositif qui permet de faire fonctionner ses défibreurs (appareils pour râper le bois) à l’énergie hydraulique. Pour ce faire, il exploite une conduite de 200 mètres de dénivelé sur le torrent de Lancey, près de Grenoble.

La première centrale hydroélectrique a vu le jour peu de temps après, en 1878, créée par William George Armstrong, et a servi à alimenter le domaine de Cragside, en Angleterre.