L’hydroélectricité en France

publié le 28/11/2020 | mis à jour le 05/11/2024 | par Alexia Lalanne

Qu’est-ce que l’énergie hydroélectrique ?

L’énergie hydraulique générée grâce à la force de l’eau est exploitée depuis des millénaires. De nos jours, elle sert à produire de l’hydroélectrique et s’impose comme l’une des principales énergies vertes produites à travers le monde.

La petite histoire de l’hydroélectricité

L’utilisation de l’eau pour produire une force mécanique est ancienne. L’exploitation de l’énergie hydraulique commence par l’apparition des moulins à eau. Dès l’Antiquité, ils étaient utilisés pour moudre le grain, pour irriguer les champs ou encore pour approvisionner les villes en eau potable. L’aqueduc et les moulins à eau de Barbegal, situés près d’Arles, sont un bel exemple de conception hydraulique datant de l’époque romaine.

En France, l’hydroélectricité a pour origine la production de papier. Dans les années 1830, des turbines centrifuges (avec des pales plates) furent utilisées pour produire une énergie mécanique servant à faire fonctionner les machines produisant du papier. Actionnées par la force de l’eau des chutes, ces turbines ont révolutionné l’univers de la papeterie. Ce n’est qu’à la moitié du XIX^e siècle qu’elles ont été remplacées par des turbines centripètes (avec des pales courbées), dont le rendement était supérieur.

En 1869, Aristide Bergès, ingénieur hydraulicien et papetier, a l’idée d’utiliser une chute d’eau pour faire tourner ses machines servant à fabriquer de la pâte à papier à partir du bois. Peu de temps après, il présente ses découvertes dans différentes foires et expositions où il va vanter l’intérêt de la « houille blanche ».

Afin de stocker l’eau et décupler les forces des chutes, des barrages voient le jour. Les turbines deviennent électriques et servent à générer un courant, c’est le début de l’hydroélectricité. Aujourd’hui encore, les turbines électriques sont l’un des éléments essentiels au fonctionnement de nos centrales hydroélectriques.

L’intérêt de l’hydroélectricité

Qu’elle soit issue de la fonte des glaciers (chutes), des rivières ou des barrages, l’eau est une ressource potentiellement inépuisable que l’on retrouve en grande quantité sur notre territoire et à travers le monde.

Produire de l’électricité à partir d’un mouvement d’eau permet d’utiliser une énergie propre et locale. En France, l’eau est abondante. Dans les zones montagneuses, les pluies et la fonte des neiges au printemps servent à alimenter les réservoirs d’eau utilisés par les centrales. Grâce à l’exploitation de cette ressource gratuite et disponible en grandes quantités, la France bénéficie d’une certaine indépendance énergétique.

L’autre intérêt de l’hydroélectricité est que sa ressource énergétique, l’eau, peut être stockée dans des réservoirs. Ceci permet de moduler la production selon les besoins, contrairement à l’énergie éolienne ou solaire.

Comment est produite l’hydroélectricité ?

La production de l’hydroélectricité est simple à comprendre. Voici quelques explications.

Les éléments essentiels

L’hydroélectricité est produite dans les centrales hydroélectriques. Elle est obtenue en transformant l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique à l’aide d’une turbine hydraulique. Cette turbine est couplée à un générateur électrique, aussi appelé « génératrice électrique synchrone », qui sert à produire le courant. Le générateur est relié aux lignes de haute tension qui acheminent l’électricité produite vers le Réseau de transport de l’électricité (RTE).

L’énergie cinétique du mouvement d’eau peut être :

• naturelle (issue des chutes d’eau, du débit d’un cours d’eau, de la force de la marée ou des courants marins) ;
• artificielle, générée grâce à une différence de niveau (comme c’est le cas dans les barrages hydrauliques).

Fonctionnement d’une centrale hydroélectrique

Les centrales hydroélectriques disposent d’un canal de dérivation qui conduit l’eau provenant du cours d’eau ou du barrage vers les turbines électriques. Grâce à sa force, l’eau fait tourner les turbines qui entraînent immédiatement les alternateurs auxquels elles sont reliées. En fonctionnant, les alternateurs produisent le courant électrique qui est acheminé vers le transformateur. Ce dernier élément injecte l’électricité dans le réseau de transport qui l’achemine vers les consommateurs à l’aide des lignes de haute tension ou de très haute tension.

Les différents types de centrales hydroélectriques

Il existe différentes façons d’exploiter le mouvement de l’eau pour générer de l’électricité. Le choix d’un type de centrale dépend de plusieurs critères, comme la situation géographique, les caractéristiques du cours d’eau ou encore la hauteur de la chute. Le choix d’un type de centrale plutôt qu’une autre repose aussi sur la distance entre le barrage et l’usine où est produite l’électricité. Les trois grands types sont les centrales gravitaires, les centrales hydroélectriques à réserve pompée et les centrales marines.

Les centrales gravitaires

Les centrales gravitaires se trouvent essentiellement en zones de hautes ou moyennes montagnes. En France, elles sont concentrées dans l’Est, en particulier dans les Alpes. On en trouve également dans les Pyrénées. Installées dans des régions montagneuses, les centrales hydroélectriques gravitaires utilisent la force de gravitation de l’eau pour produire de l’énergie hydraulique. Il en existe différents types :

Centrales de lac

Les centrales de lac, aussi appelées « de haute chute » ou « à accumulation », se caractérisent par de grands réservoirs qui retiennent les eaux. Elles se trouvent en haute montagne, où le dénivelé du relief est important.

Le gros ouvrage que forme le barrage empêche l’écoulement naturel de la rivière ou du cours d’eau, ce qui forme un lac de retenue où est stockée l’eau. Ce lac artificiel est alimenté par l’eau du torrent sur lequel il est installé, par la fonte des neiges et des glaciers qui s’écoule dans la vallée, mais aussi par les eaux de pluie.

Pour ce type de centrale hydroélectrique, l’usine est installée en contrebas du barrage, elle produit une énergie en base et en pointe. La chute d’eau doit être supérieure à 200 mètres, on parle alors de haute chute. Ces centrales sont particulièrement intéressantes pour répondre aux pics de consommations. En effet, grâce à l’eau stockée dans le lac, il est possible de moduler la production d’électricité. Ceci permet de répondre aux besoins importants de chauffage l’hiver ou encore lors des fortes chaleurs, lorsque les climatisations tournent à plein régime.

Centrales éclusées

Entre la centrale de lac et celle au fil de l’eau se trouve la structure éclusée. Ce type d’installation à moyenne chute se trouve sur les fleuves à forte pente, généralement en moyenne montagne. Elles sont pourvues d’un lac de rétention dont l’eau est bloquée par un barrage muni d’écluses. Au pied du barrage se trouve l’une usine de production qui abrite notamment le générateur. La hauteur de chute permet de turbiner l’eau du fleuve pour générer de l’électricité.

De telles structures fonctionnent selon la variation de la consommation. Plus les besoins en électricité sont forts, plus les écluses seront ouvertes pour générer de grandes quantités d’énergie. La gestion de l’eau des barrages permet de fournir non seulement une énergie de pointe, mais aussi une énergie de base.

Centrales au fil de l’eau

Voici un autre type de centrale hydroélectrique qui fonctionne cette fois sans lac de retenue d’eau. La centrale au fil de l’eau est installée sur un fleuve ou une rivière dont le débit d’eau est fort. En raison de l’impossibilité de stocker l’eau (absence de lac de rétention), ce type de centrale produit une électricité de base destinée à une consommation instantanée. La hauteur de chute de ce type de centrale est peu élevée. La centrale se sert essentiellement du débit d’eau du fleuve pour alimenter ses turbines, le courant doit donc être particulièrement élevé. De ce fait, la situation géographique de telles centrales n’est pas choisie au hasard.

Installée sur le fleuve ou la rivière qui l’alimente, la centrale hydroélectrique au fil de l’eau est une structure peu coûteuse, par rapport aux centrales à accumulation. L’électricité qu’elle produit est très rentable. Cependant, la production d’électricité est tributaire des saisons et de la météo. En effet, la capacité de ces centrales est haute pendant les périodes pluvieuses et durant la fonte des neiges, au printemps ou en été. Durant les périodes de sécheresse, elles fonctionnent à bas régime.

Les centrales marines

Pour utiliser les autres gisements à disposition sur le territoire, d’autres moyens de production d’énergie hydraulique ont vu le jour ou sont à l’étude.

Les usines marémotrices

L’énergie marémotrice provient du mouvement des marées dues à la force d’attraction du soleil et de la lune. En Bretagne, cette énergie est exploitée depuis le Moyen-Âge grâce aux moulins à marée dont les premiers auraient été construits aux alentours de 1120.

Deux méthodes permettent d’exploiter cette énergie :

• en utilisant la variation du niveau de la mer, on parle alors d’énergie potentielle ;
• en captant les courants de marée grâce à des hydroliennes, il s’agit donc d’énergie cinétique.

Il existe peu d’usines marémotrices dans le monde, la France en compte une, elle est installée sur l’estuaire de la Rance, en Bretagne. Ce type de centrale hydroélectrique utilise l’énergie des marées pour produire de l’électricité. Nous allons nous servir de cet exemple pour expliquer le fonctionnement d’une telle structure.

Mise en service en 1966, l’usine marémotrice de la Rance est restée pendant 45 ans la plus grande centrale électrique de ce genre au monde. Avec sa capacité de 240 MW, elle a cédé sa première place en 2011 à la centrale coréenne de Sihwa Lake, dont la puissance installée s’élève à 254 MW.

Large de 750 mètres, le barrage de la Rance compte 24 groupes bulbe. Un « groupe bulbe » est une structure immergée qui se compose essentiellement de la turbine et de l’alternateur qui servent à générer le courant. Il est nommé ainsi car il a la forme ronde et allongée d’un bulbe.

À l’intérieur des 24 groupes bulbe du barrage de la Rance se trouvent les turbines électriques à axe horizontal. Ce sont elles qui servent à alimenter les générateurs produisant l’électricité. Pour exploiter tout le potentiel des marées (montantes et descendantes) les groupes bulbes sont réversibles. Ainsi, à marée montante, le barrage laisse passer l’eau de l’estuaire qui va remplir plusieurs bassins de retenue. Ces bassins serviront à alimenter les turbines à marée basse. Chaque jour, la marée monte et redescend deux fois. Ce cercle perpétuel permet de générer de l’électricité en continu.

Les centrales houlomotrices

L’énergie houlomotrice est produite par le mouvement de la houle, ou des vagues. Que ce soit en France, en Écosse, au Portugal ou encore en Australie, les projets d’installations ne sont qu’expérimentaux. Ce type d’hydroélectricité présente un grand potentiel, les projets sont en cours et devraient se montrer nombreux dans plusieurs années.

Les hydroliennes

Immergées au large des côtes ou posées sur le lit des fleuves, les hydroliennes sont des turbines qui captent la force des courants marins. En France, les gisements hydroliens sont importants, que ce soit dans les fleuves ou en pleine mer.

En 2018, la ferme d’hydroliennes fluviales HydroQuest a été installée sur le Rhône, plus exactement à Génissiat, dans l’Ain. Cette structure expérimentale d’une puissance installée de 2 MW sert essentiellement à vérifier la faisabilité du projet.

Depuis 2007, des appels d’offres sont lancés par les gouvernements successifs afin de développer cette énergie hydraulique.

Les STEP (Stations de transfert d’énergie par pompage)

Les centrales hydroélectriques à réserve pompée ou STEP sont installées dans les massifs montagneux. De telles structures fonctionnent en circuit fermé et comportent deux bassins de rétention d’eau, un placé en altitude et un autre plus bas. Le bassin supérieur peut être un lac d’altitude, naturellement présent en montagne, tandis que le bassin inférieur est généralement créé artificiellement.

Entre ces deux bassins reliés par des conduites se trouve un dispositif réversible qui peut avoir différentes fonctions. En effet, il peut fonctionner comme pompe ou une turbine pour la partie hydraulique et peut prendre le rôle du moteur ou de l’alternateur pour ce qui concerne la production électrique.

Ce type de centrale est intéressant car il permet de générer une énergie de pointe lors des pics de consommation. Dans ce cas, l’eau du bassin supérieur est turbinée afin d’alimenter l’alternateur qui va générer de l’électricité. Lorsque les demandes en énergie sont faibles, la pompe est entraînée par le moteur pour faire remonter l’eau du bassin inférieur vers celui situé plus haut. Cette remontée de l’eau est essentielle pour préparer la centrale à un fonctionnement en pointe.

Il faut noter que les STEP utilisent de l’électricité pour pomper l’eau et la faire remonter vers le bassin supérieur. En ce sens, elles sont surtout utilisées pour stocker de l’énergie et servent en dernier recours.

La répartition des centrales hydroélectriques en France

D’après le bilan électrique RTE d’où proviennent les informations chiffrées suivantes, en 2019, le parc hydroélectrique français bénéficiait d’une capacité installée de 25 557 millions de Watts (ou 25,5 Gigawatt). Cette capacité installée a progressé de 0,1 % par rapport à 2018, ce qui reste stable. Nous l’avons vu, la plupart des centrales produisant de l’hydroélectricité se trouvent dans les zones montagneuses. Les massifs se prêtant bien à ces installations qui viennent modifier le paysage.

Des régions qui se démarquent

Les trois plus grands producteurs d’hydroélectricité en France sont :

• l’Auvergne-Rhône-Alpes qui concentre 41,7 % de la production en 2019 ;
• l’Occitanie dont les installations couvrent 26,3 % de la production nationale pour 2019, alors qu’elle était de 36,3 % en 2018 ;
• la Provence-Alpes-Côte d’Azur qui produit à elle seule 21,4 % de l’énergie hydraulique consommée en France.

Dans ces régions concentrées dans le quart sud-est de la France, toutes les conditions sont réunies pour exploiter pleinement l’énergie du mouvement d’eau.

Les Alpes, un gisement exceptionnel

Les montagnes alpines abritent la majorité des installations hydroélectriques en France. Comme nous l’avons vu au début de cet article, l’industrie papetière a contribué à l’essor de la houille blanche. Le relief alpin a permis d’installer plusieurs sortes de centrales hydroélectriques, notamment de type lac et éclusées.

La ressource énergétique provient directement de la fonte des neiges et des glaciers. Les pluies issues des orages en hautes montagnes contribuent également à alimenter les lacs de rétention.

La puissance des fleuves de l’Est

Le Rhin et le Rhône sont des fleuves au dénivelé important. Le pays en compte environ 2 000, dont la plupart sont installées sur ces deux fleuves.

Le Rhône prend sa source dans les Alpes suisses. Son débit important le rend particulièrement intéressant pour les centrales au fil de l’eau.

Le Rhin prend lui aussi sa source dans les Alpes suisses. Son parcours est jalonné de lacs et de chutes d’eau naturelles. En France, c’est sur le Rhin Supérieur que sont installées de nombreuses centrales hydroélectriques. La plus ancienne, celle de Kembs, date de 1932. En ce qui concerne la production d’énergie d’hydroélectricité, la région Grand Est où s’écoule le Rhin se hisse à la 4^e place, avec 19 %.

D’autres régions productrices

Il serait inapproprié d’attribuer la production d’hydroélectricité seulement aux Alpes et aux deux grands fleuves de l’Est. En France métropolitaine, d’autres massifs ou cours d’eau sont également exploités :

• le Massif central, avec les aménagements de la Truyère ou de la Dordogne, entre autres ;
• le bassin de la Loire où se trouve notamment la centrale de Montpezat ;
• les Pyrénées, dont la centrale de Pragnères est une structure aussi puissante que complexe ;
• le Jura où est installé sur l’Ain, le barrage de type voûte de Vouglans ;
• la Corse avec les aménagements hydroélectriques de Golo, du Prunelli ou encore de Sampolo.

Une production hydroélectrique en baisse en 2019

Malgré toutes ces structures, la production hydroélectrique en 2019 a diminué de 12,1 % par rapport à l’année 2018. En effet, en 2019, la production d’hydroélectricité s’élève à 60 TWh (térawatt-heure), alors qu’elle dépassait les 67 TWh en 2018. Selon RTE, la pluviométrie serait responsable de cette réduction. Les épisodes pluvieux auraient été moins importants en 2019 par rapport à l’année précédente.

Les imposantes structures des centrales hydroélectriques

Qu’elle soit au fil de l’eau ou qu’elle requiert un barrage de rétention, la centrale hydroélectrique est une merveille d’ingénierie.

Des réalisations exceptionnelles

La France compte quelques édifices remarquables. La centrale hydroélectrique de Serre-Ponçon dans les Hautes-Alpes se distingue par dimensions monumentales. Construite en remblai (terre et roches), la structure est haute de 123 mètres et fait plus de 600 mètres de large. Elle retient le plus grand lac artificiel de France et a été mise en service en 1960.

Ce barrage a plusieurs intérêts. Il sert bien évidemment à alimenter la centrale hydroélectrique et à générer de l’électricité. Il a aussi été bâti pour éviter les inondations causées par les crues de la Durance. Le réservoir permet également d’alimenter plusieurs villes voisines en eau.

Un barrage flambant neuf en Isère

Le dernier barrage inauguré en France est celui de la centrale hydroélectrique de Romanche-Gavet, en Isère. Il s’agit d’un barrage mobile à clapets muni de 3 vannes et dont la centrale hydroélectrique est souterraine. Cet aménagement ultramoderne vient remplacer 6 centrales et 5 barrages vieillissant tout en étant bien plus performant (selon EDF, il offre 40 % de production d’électricité en plus sur la même partie de la rivière).

Après 8 ans de travaux, cette centrale au fil de l’eau est mise en service en octobre 2020. Avec sa puissance installée de 97 MW (mégawatt), elle est capable de générer 560 GWh/an. Pour vous faire une idée de ce que cela représente, sachez que cette production équivaut à 1,5 % de l’hydroélectricité produite par toutes les centrales hydrauliques actuellement exploitées en France. Ses capacités équivalent à la consommation électrique annuelle de 230 000 habitants.

Le coût de telles structures

De telles installations ont forcément un coût. Que ce soit lors de la construction ou pour la maintenance, voyons ce qu’il en est.

La construction : un investissement pour l’avenir

Pour donner un exemple récent, la construction du barrage au fil de l’eau de Romanche-Gavet s’élève à près de 400 millions d’euros. Il s’agit d’une installation moderne, dont les performances sont supérieures aux centrales au fil de l’eau jusqu’alors installées.

Les centrales au fil de l’eau sont les structures les moins coûteuses, car elles nécessitent moins de travaux que la construction d’un barrage, par exemple. Cependant, quel que soit le type de centrale construite, sa réalisation se chiffre en centaines de millions d’euros.

Des coûts de maintenance raisonnables

La plus vieille centrale hydroélectrique encore en service a été construite au début des années 1930. Il s’agit de la centrale de Kembs, comme nous l’avons vu précédemment. Elle démontre que les structures peuvent durer plusieurs décennies.

Grâce à des coûts de maintenance assez bas, la production d’hydroélectricité figure parmi les plus rentables à l’heure actuelle.

Les avantages et les inconvénients de l’énergie hydroélectrique

Comme toute méthode de production d’électricité, l’énergie hydroélectrique compte des avantages et des inconvénients.

Des avantages intéressants

Les atouts de l’hydroélectricité sont nombreux. Cette énergie verte est la plus utilisée en France, voyons quels sont ses principaux points forts.

Une énergie propre

Générée à partir de l’eau, l’hydroélectricité est propre. Sa production n’émet aucun gaz à effet de serre. Par ailleurs, elle n’engendre aucun déchet polluant, comme c’est le cas de l’énergie nucléaire ou du photovoltaïque.

Cependant, des études pointent du doigt la structure même des barrages qui rejetterait de grandes quantités de méthane, un puissant gaz à effet de serre. Ce méthane proviendrait du fond des barrages et serait dû à la décomposition de certains végétaux qui sont submergés et privés d’oxygène. Ce problème serait fréquent dans certaines parties du globe, en particulier dans les régions tropicales où les températures sont hautes. En Europe, des scientifiques ont évoqué la pollution au méthane du barrage du lac de Wohlen, près de Berne en Suisse. La pollution serait générée par des matières organiques provenant du lac de Thoune, tout près du barrage. En hiver, il a été observé que la baisse des températures faisait chuter les taux de méthane.

Une énergie renouvelable

L’eau est présente sur tout notre territoire. Qu’elle provienne des fleuves, des glaciers ou des nuages, cette ressource naturelle est abondante et renouvelable.

Une énergie stockable

Contrairement aux autres sources d’énergies renouvelables, mais aussi au nucléaire, l’énergie hydroélectrique peut être stockée. Cela est possible grâce aux bassins de rétention qui permettent de générer de grandes quantités d’électricité lorsque la demande augmente. Ceci est important pour pallier les pics de consommations qui peuvent parfois conduire à des délestages électriques.

Les inconvénients majeurs

Bien que propre et locale, l’énergie hydroélectrique présente plusieurs inconvénients.

Une ressource aléatoire

D’une année sur l’autre, le stock hydraulique varie. Selon RTE, la quantité d’énergie produite en 2018 a dépassé la production de 2017, avec le même nombre de centrales. Ceci s’explique par une pluviométrie importante durant les 5 premiers mois de l’année 2018, ce qui a permis de générer encore plus d’électricité que l’année précédente. Toutefois, une année de sécheresse pourrait inverser cette tendance. C’est notamment ce qui s’est passé en 2019. Nous l’avons vu précédemment, en raison de pluies moins abondantes durant l’année, la production d’hydroélectricité en 2019 a chuté par rapport à 2018.

Des impacts environnementaux non négligeables

L’installation de barrages créant des retenues d’eau artificielles n’est pas sans conséquence sur l’environnement :

• les écosystèmes sont menacés et subissent d’importantes modifications ;
• la migration d’espèces aquatiques est empêchée ;
• des populations sont déplacées, notamment lorsque des villages se trouvent au cœur des projets ;
• les alluvions (dépôts de sable, de vase ou encore de galets transportés par l’eau) des cours d’eau sont bloquées ;
• des terres cultivables sont inondées, etc.

Des barrages polluants ?

Le béton largement utilisé pour la construction des barrages hydroélectriques a un impact néfaste sur le réchauffement climatique. En effet, sa production est l’une des plus importantes sources de dioxyde de carbone (CO2) sur la planète. Ce matériau pourtant robuste et bon marché rend donc certaines centrales hydroélectriques polluantes.

Le risque de rupture de barrage

La rupture de barrage est le pire scénario qui pourrait arriver à une région où est installé un barrage hydroélectrique. Cependant, ces catastrophes sont extrêmement rares et anciennes. En France, on peut citer la rupture du barrage de Malpasset, près de Fréjus, dans le Var. De type voûte, ce barrage mis en service en 1954 a craqué en 1959, sous l’effet de fortes précipitations et une crue du lac qui l’alimentait.

Les inondations qui ont causé la rupture du barrage ne sont pas les seules fautives. Selon les ingénieurs, la structure de type voûte très mince à double courbure n’était pas adaptée pour la géologie du terrain.

Un avenir menacé

À l’heure actuelle, plus de 80 % de l’exploitation des centrales hydrauliques en France revient à EDF. En 2015 puis en 2019, la Commission européenne a ordonné à la France la mise en concurrence des concessions arrivant à leur terme.

Pour trouver des solutions, Paris et Bruxelles ont présenté le projet Hercule fin 2019. Ce projet devrait scinder le groupe EDF en deux entités, l’une serait publique, tandis que la seconde serait privée, avec une entrée du capital en bourse.

Nous venons de le voir, l’énergie hydraulique représente une part importante du mix énergétique en France. Cette électricité est injectée dans le réseau et sert à alimenter les foyers. Si vous souhaitez consommer une énergie verte et réduire vos factures d’électricité, n’hésitez pas à utiliser notre comparateur de fournisseurs d’électricité et à vous tourner vers l’offre la moins chère.