L'énergie hydroélectrique : pilier du mix énergétique français

Une centrale hydroélectrique produit de l'électricité en exploitant l'énergie cinétique de l'eau. Elle se compose de trois éléments principaux : le barrage, la centrale et le transformateur.

Le barrage est l'élément clé d'une centrale hydroélectrique. Il sert à retenir et à canaliser l'eau afin de créer une pression suffisante pour générer de l'électricité. Selon leur mode de fonctionnement, les barrages peuvent être classés en plusieurs catégories :

• Les barrages (ou prises d’eau) « au fil de l'eau » qui ne retiennent pas l'eau et dépendent du débit naturel des rivières. Ce sont souvent de petites centrales, sans retenue ou réservoir.
• Les barrages « éclusés » qui dépendent des courants ou des marées.
• Les barrages « de lac » qui sont souvent situés en montagne, ils forment des lacs de retenue et stockent l'eau pour la libérer sous haute pression.
• Les « stations de transfert d’énergie par pompage » (STEP) qui puisent l'eau dans un bassin inférieur pendant les heures creuses pour la pomper vers un réservoir supérieur, afin d’être turbinée en période de forte demande. Les STEP sont un outil de flexibilité et de stockage. Consommatrices d'énergie, elles ne sont pas classées parmi les sources d'énergie renouvelable. Le rendement des STEP est souvent compris entre 70% et 80% d'électricité produite par rapport à celle qui a été consommée.

La centrale hydroélectrique est située en bas de la retenue et permet de transformer l'énergie hydraulique en énergie électrique. Le processus commence par la mise en mouvement d’une turbine entraînée par le débit d'eau provenant du barrage. 

La turbine est le plus souvent connectée à un alternateur, élément clé de la production d'électricité. L'alternateur se compose principalement d'un bobinage et d'aimants. Le bobinage est un enroulement de fils métalliques, souvent en cuivre, tandis que les aimants peuvent être permanents ou électromagnétiques. Lorsque la turbine tourne, elle entraîne l'alternateur, induisant un courant électrique dans le bobinage grâce au champ magnétique généré par les aimants.

Ce courant est de nature alternative, une caractéristique de l'électricité utilisée dans la plupart des réseaux de distribution.

L'efficacité de la production hydroélectrique repose donc principalement sur deux facteurs :

1. La hauteur de la chute d'eau : plus la hauteur est grande, plus l'énergie potentielle de l'eau est élevée, augmentant la force avec laquelle l'eau frappe la turbine à la manière d’un moulin.
2. Le débit de l'eau : un débit plus élevé signifie qu'une plus grande quantité d'eau passe par la turbine par unité de temps, augmentant ainsi la puissance produite.

L’électricité est ensuite transmise au transformateur, qui élève la tension du courant afin de permettre son transport sur de longues distances via des lignes à haute tension. L'eau utilisée pour faire tourner la turbine est quant à elle restituée en totalité à la rivière par un canal de fuite, sans altération de sa qualité.

L'hydroélectricité est la première source d'électricité renouvelable en France et la deuxième source d'électricité après le nucléaire. Environ 10 % de l'électricité consommée en France provient des centrales hydroélectriques. Selon le Réseau de transport de l'électricité (RTE), en 2022, la puissance totale des installations hydroélectriques en France continentale était de 25,9 GW, répartie comme suit :

• Centrales au fil de l'eau : 26 %
• Centrales éclusées : 16 %
• Centrales de lac : 40 %
• STEP : 18 %

Avec environ 2 600 centrales hydroélectriques réparties sur le territoire, la France est le deuxième producteur d'hydroélectricité en Europe après la Norvège, ce qui témoigne de l'ampleur de cette ressource.

L'hydroélectricité est une source d'énergie propre, produisant peu de gaz à effet de serre en fonction de la configuration et de l’ampleur des installations. Son bilan carbone est le meilleur parmi toutes les énergies : 4 g de CO2 par kWh produit, soit trois fois moins que l'énergie éolienne, vingt fois moins que le solaire photovoltaïque et 250 fois moins que les centrales thermiques à charbon.

Contrairement à d'autres sources d'énergie renouvelable comme l'éolien ou le solaire qui sont intermittentes, l'hydroélectricité est plus stable et prévisible. Les cours d'eau, alimentés par les précipitations, assurent un approvisionnement constant en eau, permettant une production d'électricité continue et fiable. Les variations annuelles de la production hydraulique peuvent néanmoins être relativement importantes. Lorsque le stock d’eau est haut, la production peut augmenter de 15 %, et au contraire diminuer de près de 30 % en cas de sécheresse.

Un autre avantage majeur de l'hydroélectricité est sa capacité de stockage. Les réservoirs peuvent stocker l'eau excédentaire pendant les périodes de faible demande et la libérer lorsque la demande augmente. Cela permet de réguler la production d'électricité et de s'adapter aux besoins du réseau, facilitant ainsi l'intégration des autres énergies renouvelables.

Les centrales hydroélectriques ont une longue durée de vie,  jusqu'à plus de 100 ans si elles sont bien entretenues.

L'hydroélectricité, un atout stratégique

La France possède une expertise reconnue en matière d'hydroélectricité, ce qui en fait un véritable outil de souveraineté énergétique. L'indépendance énergétique qu'offre l'hydroélectricité est un atout précieux dans le contexte actuel de transition énergétique et de lutte contre le dérèglement climatique.

L'énergie hydroélectrique est essentielle pour le mix énergétique français. Sa fiabilité, son faible impact environnemental et sa capacité de stockage en font une source d'énergie de premier plan, résiliente en cas de crise énergétique. Elle est un véritable pilier de l'électricité renouvelable en France et continuera de jouer un rôle crucial dans l'avenir énergétique du pays.