Hydroélectricité


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Figure 1. Un barrage hydroélectrique qui produit de l'hydroélectricité.[1]

L'hydroélectricité est le processus qui consiste à utiliser l'énergie potentielle mécanique de l'eau courante, en la transformant en énergie électrique pour produire de l'électricité. Notez que traditionnellement, ce terme ne désigne pas l'énergie obtenue à partir de l'eau qui coule sous forme de marées. Pour décrire l'énergie obtenue à partir des marées, on utilise le terme énergie marémotrice. La quantité d'énergie potentielle stockée dans une masse d'eau au niveau d'un barrage hydroélectrique est mesurée à l'aide de la différence de hauteur entre la course de tête et la course de queue, connue sous le nom de charge hydraulique. Aujourd'hui, 16 % de l'électricité dans le monde provient d'installations hydroélectriques, alors que les valeurs étaient beaucoup plus élevées au début du 20e siècle. Dans certains pays du monde, l'hydroélectricité est la forme dominante de production électrique.[2].

La Chine, le Canada et le Brésil sont les champions de la production totale d'hydroélectricité, avec des capacités respectives de 200 GW, 89 GW et 70 GW.[3] Les autres producteurs notables sont la Russie, l'Inde, la Norvège, le Japon et le Venezuela (qui dépend presque entièrement de l'énergie hydroélectrique).[3] Voir la visualisation des données ci-dessous pour plus de statistiques sur l'hydroélectricité dans le monde.

Figure 2. Photographie d'une roue hydraulique en Syrie en 1916, utilisée ici à des fins d'irrigation.[4]

Génération

L'homme exploite l'énergie de l'eau depuis des millénaires, mais pas explicitement pour produire de l'électricité. Il y a plus de 2000 ans, les Grecs anciens utilisaient des roues hydrauliques pour moudre le blé.[5] L'énergie hydraulique a continué à être convertie directement en énergie mécanique jusqu'à la fin du 19e siècle, lorsque des dynamos électriques ont été fixées à l'arbre pour produire de l'électricité.[6]

L'hydroélectricité est produite dans une installation hydroélectrique qui, pour la production à grande échelle, comprend un barrage hydroélectrique. Dans ces installations, un barrage retient un grand volume d'eau, créant ainsi un réservoir. Ce réservoir contient de l'eau à un niveau plus élevé que l'eau en aval du barrage, ce qui signifie que l'eau du réservoir possède une plus grande quantité d'énergie potentielle que l'eau de la rivière. Lorsqu'une vanne est ouverte au sommet du barrage, l'eau du réservoir se déplace dans des canaux appelés conduites forcées jusqu'aux turbines hydrauliques. Lorsque l'eau atteint les turbines, l'énergie potentielle qu'elle détenait a été convertie en énergie cinétique, et cette eau courante est alors utilisée pour faire tourner les pales de la turbine. Quand les turbines tournent, elles font bouger un générateur et produisent de l'électricité.

Bien que de nombreuses installations hydroélectriques utilisent des barrages, il existe certains types de systèmes qui ne s'en servent pas et ont très peu de stockage d'eau (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de grand réservoir d'eau stockée). Ces types de systèmes, connus comme systèmes au fil de l'eau, ont gagné en popularité en tant qu'alternative aux grands barrages réservoirs.[7]

Classifications

La production hydroélectrique conventionnelle repose sur une différence de charge hydraulique créée par des barrages et des obstructions artificiels. La majorité de la production hydroélectrique actuelle est conventionnelle et se compose de barrages hydroélectriques et de barrages marémoteurs. Les techniques de production non conventionnelles dépendent généralement du débit du flux ou du faible différentiel de charge. Ces techniques non conventionnelles produisent moins d'énergie que les méthodes conventionnelles, mais ont également moins d'impact sur l'environnement[7]. Parmi les exemples de plates-formes hydroélectriques non conventionnelles, citons l'hydroélectricité à faible charge, les systèmes au fil de l'eau, les microcentrales hydroélectriques dans les cours d'eau et les marémotrices cinétiques.

Chaque type de production hydroélectrique est associé à une classification de la production en fonction de sa capacité, comme le montre le tableau ci-dessous.[8]

Classification Capacité
Grande > 100 MW
Moyenne 15 - 100 MW
Petite 1 - 15 MW
Mini 100 kW - 1 MW
Micro 5 - 100 kW
Pico ~ 200 W - 5 kW

Avantages et inconvénients

Les centrales hydroélectriques produisent considérablement moins d'émissions de gaz à effet de serre que d'autres modes de production d'électricité, comme la combustion de combustibles fossiles.[9]. Une fois que les barrages et les réservoirs sont construits, le coût d'exploitation d'une centrale hydroélectrique est relativement bas, et ces installations peuvent fonctionner à des rendements très élevés.[3]. Cependant, la construction de ces barrages et réservoirs peut entraîner une perte d'habitat pour les espèces aquatiques et une augmentation des émissions de gaz à effet de serre en raison de la décomposition de la matière organique dans les réservoirs nouvellement inondés.[10]. Pour plus d'informations sur les impacts écologiques des installations hydroélectriques, voir : dégradation de la qualité de l'eau et impacts environnementaux de l'hydroélectricité.

L'énergie mécanique dérivée de l'hydroélectricité est considérée comme une énergie de haute qualité. Elle peut donc être convertie en énergie électrique avec un rendement proche de 100 %, étant donné que la transformation de l'énergie thermique est minime, bien qu'il y ait toujours des pertes légères liées au frottement et aux inefficacités du transport de l'électricité (en raison de facteurs tels que la résistance des lignes de transmission). Ainsi, l'énergie de l'eau peut être convertie en électricité et fournie à l'utilisateur final avec des rendements supérieurs à 90 %.[11]

La production mondiale d'électricité : Hydroélectricité

La carte ci-dessous montre les principales sources d'énergie que différents pays utilisent pour produire leur électricité. L'hydroélectricité est représentée en bleu. Cliquez sur la région pour zoomer sur un groupe de pays, puis cliquez sur le pays pour voir l'origine de son électricité. Parmi les pays notables, citons la Chine, le Canada, le Brésil, la Russie, l'Inde, la Norvège et le Venezuela.

Références

  1. Wikimedia Commons. (August 31, 2015). Ingur Hydroelectric Facility [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ingur_Hydroelectric_Power_Station.jpg
  2. dom (May 23, 2020). "Global Use of Hydroelectricity" [Online]. Available: https://www.e-education.psu.edu/earth104/node/1060
  3. 3,0 3,1 et 3,2 Abhishek Shah. (September 2, 2015). List of World’s Largest Hydroelectricity Plants and Countries – China Leading in building Hydroelectric Stations [Online]. Available: http://www.greenworldinvestor.com/2011/03/29/list-of-worlds-largest-hydroelectricity-plants-and-countries-china-leading-in-building-hydroelectric-stations/
  4. Wikimedia Commons. (May 30, 2020). Popular Science Monthly Vol. 88 [Online]. Available: https://archive.org/details/popularsciencemo88newyuoft/page/82/mode/2up/search/water+wheel
  5. IEA. (September 2, 2015). What is hydropower’s history? [Online]. Available: http://www.ieahydro.org/What_is_hydropower’s_history.html
  6. Water Power Program: History of Hydropower. (n.d.). Retrieved from http://www1.eere.energy.gov/water/hydro_history.html
  7. 7,0 et 7,1 (May 23rd, 2020) "Small Hydro and Run-Of-River Hydro" [Online]. Available: https://www.bcsea.org/node/4063/bcsea-info
  8. IPCC. (September 2, 2015). Chapter 5 - Hydropower [Online]. Available: www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srren/drafts/SRREN-FOD-Ch05.pdf
  9. International Hydropower Association (May 30,2020).GHG Measurement Guidelines for Freshwater Reservoirs [Online]. Accessible: https://www.hydropower.org/sites/default/files/publications-docs/GHG%20Measurement%20Guidelines%20for%20Freshwater%20Reservoirs.pdf
  10. Erreur de référence: Balise <ref> incorrecte : aucun texte n’a été fourni pour les références nommées freshg
  11. R. Wolfson. Energy, Environment and Climate, 2nd ed. New York, U.S.A.: Norton, 2012

Auteurs et rédacteurs

Ethan Boechler, Edwin Cey, Glenn Hall, Jordan Hanania, James Jenden, Ellen Lloyd, Anna Pletnyova, Finley Rogers, Kailyn Stenhouse, Dayna Wiebe, Jason Donev
Dernière mise à jour : 9 septembre, 2021
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