Hydroélectricité au fil de l'eau

Figure 1. Les systèmes au fil de l'eau comme celui illustré ci-dessus ont tendance à avoir des débits hydroélectriques plus larges que les barrages hydroélectriques qui utilisent des réservoirs.

Les systèmes hydroélectriques au fil de l'eau sont des systèmes hydroélectriques qui récoltent l'énergie de l'eau courante pour produire de l'électricité en l'absence d'un grand barrage et d'un réservoir - ce qui les diffère des installations hydroélectriques de retenue conventionnelles. Un petit barrage peut être utilisé pour s'assurer que suffisamment d'eau pénètre dans la conduite forcée, et éventuellement pour en stocker une certaine quantité (pour l'utilisation le jour même). La différence principale entre ce type de production hydroélectrique par rapport aux autres réside dans le fait que le fil de la rivière utilise principalement le débit naturel de l'eau pour produire de l'électricité - plutôt que la puissance de l'eau tombant d'une grande distance. Cependant, l'eau peut encore subir une certaine baisse verticale dans un système au fil de l'eau grâce au paysage naturel ou à un petit barrage. L'hydroélectricité au fil de l'eau diffère également de l'hydroélectricité traditionnelle par le fait qu'elle est utilisée dans des zones où il y a peu ou aucun stockage de l'eau, comme dans une rivière.

Il existe plusieurs classifications de systèmes au fil de l'eau en fonction principalement de leur capacité. Ces types sont présentés dans le tableau ci-dessous:

Classification	Capacité
Micro	< 100 kW
Mini	100 kW - 1 MW
Petit	1 - 50 MW

Il est important de noter qu'il existe des centrales au fil de l'eau à plus grande échelle, avec des rendements de centaines ou de milliers de MW.

Fonctionnement

Pour qu'un système au fil de l'eau soit possible dans un endroit donné, il doit y avoir deux caractéristiques géographiques spécifiques. Le premier est un débit raisonnablement substantiel, soit grâce aux précipitations, soit grâce à la fonte du manteau neigeux. De plus, il doit y avoir suffisamment d'inclinaison de la rivière pour accélérer l'eau de manière significative. Par conséquent, les systèmes au fil de l'eau sont mieux mis en œuvre dans les plans d'eau avec un débit assez constant. S'ils sont construits dans les endroits où le débit est faible pendant un certain temps mais ensuite augmente radicalement, il y aura une grande quantité d'eau « gaspillée » pendant les périodes de débit de pointe lorsque l'excès d'eau tombe à travers les déversoirs. Ceci est dû au fait que ces systèmes sont conçus pour s'adapter au plus bas débit et ne peuvent donc pas gérer des débits beaucoup plus forts.

Dans les systèmes au fil de l'eau, l'eau courante d'une rivière est guidée le long d'un canal ou d'une conduite forcée. Il peut y avoir un certain changement d'altitude à ce point-là (grâce à un petit barrage ou au paysage naturel) de sorte qu'il puisse encore y avoir une certaine contribution de la « chute d'eau ». L'eau détournée est acheminée vers une maison de production d'électricité. Dans cette maison, l'eau courante fait tourner une turbine, déclenchant un générateur et produisant de l'électricité. Après son utilisation, l'eau est acheminée vers la rivière en aval.

Bien que les systèmes au fil de l'eau comptent principalement sur le débit d'eau des rivières pour produire de l'électricité et non sur la quantité d'eau stockée, un barrage ou un déversoir à petite échelle peut être utilisé pour s'assurer que suffisamment d'eau pénètre dans le système. Le pondage (une petite quantité d'eau stockée derrière le barrage) est parfois utilisée, ce qui les rend généralement plus fiables car ils compensent les écarts de débit d'eau. Cette eau stockée n'est pas comme un réservoir car elle est stockée pour « l'utilisation le jour même » et non pour l'utilisation future.

Comparaison avec l'hydroélectricité traditionnelle

Il existe plusieurs avantages de l'utilisation de l'hydroélectricité au fil de l'eau au lieu de l'hydroélectricité traditionnelle aux barrages. Premièrement, les barrages hydroélectriques traditionnels sont coûteux et prennent du temps pour mettre en place. Par comparaison, les systèmes au fil de l'eau sont moins chers à construire et peuvent être bâtis sur une période plus courte. De plus, plusieurs parties du monde qui utilisent fréquemment de grandes centrales hydroélectriques - comme le Canada - ont développé un grand nombre de sites favorables à l'hydroélectricité déjà existants. Les systèmes au fil de l'eau évitent également certains problèmes environnementaux liés aux inondations, puisque le bassin est beaucoup plus petit que les lacs de l'hydroélectricité traditionnelle.

Bien que l'hydroélectricité au fil de l'eau présente certains aspects favorables, son rendement est nettement inférieur à celui des centrales hydroélectriques à grande échelle. La production hydroélectrique basée sur des barrages a généralement un coût inférieur par kWh malgré un plus large investissement initial. Par conséquent, l'absence du grand barrage et du réservoir signifie que la centrale sera moins fiable pour la production d'électricité. Si les niveaux d'eau sont épuisés en amont, éventuellement en raison de la sécheresse, il y aura moins d'eau pour faire fonctionner le système hydroélectrique.

Impact environnemental

Par rapport à l'utilisation des combustibles fossiles, l'hydroélectricité au fil de l'eau est responsable de moins d'émissions de gaz à effet de serre. La plupart de ces émissions résultent de la construction du système lui-même, mais l'exploitation de la centrale ne génère pratiquement aucune émission. Les centrales hydroélectriques au fil de l'eau peuvent également être plus bénéfiques que les barrages de retenue, car le petit volume du stockage d'eau entraîne une plus faible empreinte environnementale en comparaison avec les barrages avec de grandes quantités d'eau stockée.

Bien que l'impact des émissions de ces systèmes soit inférieur à celui de la combustion de carburants, il existe d'autres impacts environnementaux qui doivent être pris en compte. Premièrement, la manipulation du débit fluvial peut avoir un grand impact environnemental. Tout détournement dans la rivière modifie le fonctionnement de l'écosystème aquatique, ce qui pourrait affecter les populations de poissons et la santé des rivière, en général. Cependant, la petite différence de hauteur dans les systèmes au fil de l'eau permet la construction d'échelles à poissons, ce qui pourrait permettre aux poissons de se déplacer dans le système sans dommage physique et sans interruptions sur leurs voies de migration. De plus, les changements dans le bassin fluvial ou dans la composition de l'eau pourraient augmenter la mortalité des espèces, perturber la migration et provoquer un déséquilibre dans la biodiversité. Finalement, la pollution thermique et l'augmentation de la turbidité de l'eau sortante sont des effets secondaires possibles de l'envoi de l'eau à travers des turbines et de son retour dans la rivière.

En général, il est difficile de déterminer si les dommages infligés à l'environnement par les systèmes au fil de l'eau vaut le coût, étant donné que la production d'électricité est relativement faible par rapport à celle de grands barrages hydroélectriques. Cela signifie que chaque projet proposé d'une centrale hydroélectrique doit être évalué, prenant en considération ses détails spécifiques.

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