Énergie hydroélectrique

Les centrales hydroélectriques

Il existe trois types de centrales hydroélectriques.

Installation de retenue

Le type de centrale de loin le plus courant est une installation de retenue, où un barrage est utilisé pour contrôler l'écoulement de l'eau en aval. L'objectif est d'élever le niveau de l'eau derrière le barrage, en créant une hauteur de chute aussi importante que possible (nous verrons cela plus en détail plus tard !).

Lorsque l'on a besoin de plus d'énergie, l'eau est libérée du barrage. Sous l'effet de la gravité, l'eau s'écoule vers le bas et traverse les pales d'une turbine, qui alimente un générateur.

Installation de dérivation

Ce type de centrale hydroélectrique n'utilise pas de barrage. Au lieu de cela, une série de canaux est utilisée pour canaliser l'eau vers des turbines où l'électricité est générée.

Centrale à réserve pompée

Ce type de centrale hydroélectrique recueille l'énergie provenant d'autres formes d'énergie renouvelable et la stocke en pompant l'eau en amont dans un réservoir. Lorsque la demande d'électricité est élevée, l'eau du réservoir supérieur est libérée et s'écoule vers le réservoir inférieur, en passant par une turbine.

Schéma d'une centrale hydroélectrique

La plupart des centrales hydroélectriques et leurs barrages se ressemblent relativement. Le terrain sur lequel ils sont construits et les forces auxquelles ils doivent résister, telles que le volume et la pression de l'eau ou les facteurs de stress environnementaux comme les tremblements de terre, modifient généralement leurs caractéristiques.

Production d'énergie hydroélectrique

Quel que soit le type de centrale, l'énergie hydroélectrique est générée par l'eau qui descend dans des tuyaux appelés conduites forcées. La chute de l'eau fait tourner des turbines qui entraînent des générateurs qui convertissent l'énergie mécanique des turbines en électricité.

Les transformateurs convertissent la tension alternative adaptée aux générateurs en une tension plus élevée adaptée à la transmission sur de longues distances.

Têtes

La différence entre la haute et la basse altitude est connue sous le nom de hauteur de chute, mesurée en mètres.

La puissance qu'un volume d'eau peut générer est proportionnelle à sa hauteur de chute. Plus la hauteur de chute est importante, plus la pression de l'eau dans la turbine est élevée, et donc plus la turbine peut produire d'énergie.

Dans les centrales hydroélectriques, il est préférable d'utiliser des hauteurs de chute plus élevées, car elles génèrent plus d'énergie. En outre, la pression plus élevée signifie qu'un débit plus important peut être forcé à travers de petites turbines, qui sont moins chères.

Nouveaux développements en matière de turbines

Les roues tournantes et l'eau qui tombe sont utilisées depuis très longtemps pour produire de l'énergie. De nouveaux types de roues et leurs systèmes peuvent améliorer leur capacité à récolter l'énergie cinétique (c'est-à-dire en mouvement) de l'eau.

Turbines hélicoïdales

Ces turbines sont installées horizontalement, ce qui permet de les utiliser dans des sites peu profonds. La turbine tourne toujours dans le même sens, indépendamment du débit de l'eau. Ainsi, les turbines hélicoïdales sont précieuses dans les flux de marée réversibles.

Les trois pales périphériques de l'hydroptère offrent beaucoup d'espace libre, ce qui permet aux poissons de passer en toute sécurité à travers la turbine.

Turbines à faible hauteur

Les turbines à faible hauteur de chute peuvent être utilisées dans le cadre de systèmes hydroélectriques à petite échelle. Les petites têtes ont un impact minimal sur l'environnement.

Avantages de l'énergie hydroélectrique

D'une manière générale, l'énergie hydroélectrique présente de nombreux avantages par rapport aux combustibles fossiles.

• Renouvelable : l'énergie hydroélectrique utilise l'énergie de l'eau courante pour produire de l'électricité, sans affecter son volume.
• Fiabilité : contrairement à certaines autres formes d'énergie renouvelable, comme l'éolien et le solaire, la disponibilité de l'hydroélectricité ne fluctue pas.
  • L'énergie hydroélectrique peut entrer dans le système électrique plus rapidement que tout autre type d'énergie, ce qui permet de rétablir rapidement l'approvisionnement après une panne.
• Respect de l'environnement : la production d'énergie hydroélectrique n'émet pas de gaz à effet de serre ni de pollution.
• Rentable : une fois construites, les centrales électriques ont peu de frais d'entretien. Leur durée de vie peut atteindre un siècle.
• Favorise le développement: l'énergie produite par l'hydroélectricité favorise les infrastructures, développe l'économie et augmente l'accès à la santé et à l'éducation.

Inconvénients de l'énergie hydroélectrique

Écologie

• La création de barrages inonde les berges des rivières, détruisant ainsi les habitats des zones humides. Les plantes et les oiseaux aquatiques sont généralement touchés.

• Les barrages font souvent obstacle aux poissons qui tentent de remonter le courant.

• De plus, le fonctionnement de l'usine peut augmenter la température de l'eau du réservoir. Les plantes et les animaux vivant à proximité doivent s'adapter ou migrer.

Coûts de construction

• L'énergie hydroélectrique a le coût de construction le plus élevé de tous les types d'énergie renouvelable, soit 5312 $ par kilowatt d'électricité produite. La construction des centrales électriques peut prendre entre deux et quatre ans.

• La construction des barrages eux-mêmes provoque des inondations qui déplacent les habitants et détruisent les terres agricoles.

L'envasement

Normalement, le limon est transporté par le courant de la rivière, mais son chemin est obstrué par le barrage. Au fur et à mesure que le limon s'accumule au fond du réservoir, la quantité d'eau retenue diminue lentement. Une diminution de l'eau entraîne une diminution de l'énergie circulant dans les turbines. Certaines centrales électriques ne fournissent de l'électricité que pendant 20 ou 30 ans en raison de l'accumulation de limon.

Émissions de gaz à effet de serre

Malgré la croyance que l'hydroélectricité est une source d'énergie sans carbone, des recherches ont montré que les réservoirs émettent des gaz à effet de serre. Cela peut se produire de plusieurs façons.

Inondation

Lorsque de nouvelles terres sont inondées après la construction d'un barrage, le carbone du sol inondé peut se transformer en gaz à effet de serre.

Accumulation d'eau

Lorsque l'eau s'accumule dans le réservoir, les bactéries aquatiques peuvent transformer le carbone en gaz à effet de serre.

Dégazage

Si l'eau reste longtemps dans un réservoir, la surface se réchauffe, mais le fond reste froid. Ce gradient de température crée une thermocline, qui agit comme une barrière physique pour les petites molécules telles que le dioxyde de carbone et le méthane.

En dessous de la thermocline, l'environnement pourrait être anoxique. Le carbone est transformé en méthane, au lieu du dioxyde de carbone. Dans ce cas, le méthane pourrait être libéré en aval par les turbines - c'est ce qu'on appelle le dégazage.

J'espère que cela t'a permis de clarifier la question de l'énergie hydroélectrique. Rappelle-toi que l'énergie hydroélectrique est générée par la conversion de l'énergie potentielle de l'eau qui s'écoule rapidement. Malgré ses inconvénients, l'hydroélectricité est la source d'électricité renouvelable la plus répandue dans le monde.

^{1. Alain Kilajian, Les émissions de carbone des réservoirs hydroélectriques : faits et mythes, 2021.}

^{2. Alexander Gorlov, Turbine hélicoïdale et sécurité des poissons, 2010.}

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^{5. Drax, Pumping power : pumped storage stations around the world, 2020 (en anglais).}

^{6. Hydro Review, Hydro has highest average construction cost of any generating technology in the U.S., 2018 (L'hydroélectricité a le coût de construction moyen le plus élevé de toutes les technologies de production aux États-Unis ).}

^{7. Linquip, Qu'est-ce qu'une turbine de basse chute, 2021.}

^{8. National Geographic, L'énergie hydroélectrique, 2022}

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^{10. Les énergies renouvelables d'abord, Examen détaillé de la tête et du débit, 2022.}

^{11. Les énergies renouvelables d'abord, Combien de temps prendra un projet hydroélectrique, 2022.}

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