Comment produit-on de l’électricité avec de l’eau ?
La production d’hydroélectricité repose sur un principe physique simple : exploiter l’énergie de l’eau en mouvement pour générer de l’électricité. Trois conditions sont nécessaires à un fonctionnement optimal :
- Une ressource en eau : fleuve, rivière ou torrent avec une retenue plus ou moins importante.
- Une hauteur de chute : pour transformer l’énergie potentielle en énergie cinétique
- Un débit suffisant : garantissant un volume d’eau régulier pour alimenter la turbine
Étape 1
Captation de l’eau et mise en charge
L’eau est captée via des ouvrages (barrages, seuils).
Elle est ensuite transférée vers la centrale par des canalisations afin de créer une mise en charge optimisée (contrôle du débit et hauteur de chute).
Étape 2
Conversion mécanique
Cette énergie potentielle est convertie en énergie mécanique dans une turbine, adaptée au site (Francis, Kaplan, pelton… voir en bas de page).
La rotation est synchronisée avec un générateur, assurant une conversion fluide et un rendement élevé
Étape 3
Production d’énergie électrique
Le générateur transforme l’énergie mécanique en électricité, immédiatement injectée dans le réseau.
L’eau est ensuite restituée en continu dans le cours naturel, sans consommation, préservant ainsi la ressource.
Schéma explicatif de la production d’hydroélectricité
Passe à poissons
Débit réservé
Barrage déversoir
Retenue
Prise d'eau
Amont
Canal de dérivation
(ou conduite forcée)
Bâtiment de la centrale
(turbine, générateur, etc)
Canal de fuite
Aval
Crédit photo : Fotolia.com – Graphies.thèque
Environnement & continuité écologique
Chaque installation intègre des dispositifs de continuité écologique tels que des passes à poissons et un débit réservé, afin de préserver les équilibres naturels du milieu aquatique.
Nos centrales fonctionnent sans consommation d’eau, sans émission de CO₂, et sans production de déchets. Nous utilisons également des huiles biodégradables pour nos équipements afin de limiter tout risque de pollution en cas d’incident.
Au sein du Groupe GME-JHE, nous produisons de l’hydroélectricité, une énergie…
- Propre avec le taux d’émission de CO2 le plus faible des filières de production d'électricité
- Avec le meilleur rendement énergétique, toute énergie confondue : 80% en moyenne, parfois jusqu'à 90%
- Qui possède la meilleure performance environnementale, toute énergie confondue, grâce à des installations durables dans le temps
- Qui ne produit pas de déchet de transformation
Au niveau national…
1ère
Source d’électricité renouvelable en France
65 TWh
Par an d’électricité propre
100%
De l’eau prélevée restituée
2500
Ouvrages hydrauliques dans notre pays
De toutes les énergies, l’hydroélectricité est celle qui émet le moins de gaz à effet de serre.
Le taux d’émission de gaz à effet de serre issu de la production d’hydroélectricité est insignifiant : 1 kWh ne produit que 4 g équivalent Co2.
Emission de co2 par kwh
Hydraulique
4g
Nucléaire
6g
Eolien
3 à 22g
Photovoltaïque
60 à 150g
Cycle combiné
427g
Gaz naturel
883g
Fuel
891g
Charbon
978g
Source : Etude ACV – DRD, extrait de la Revue Générale Nucléaire N°1/2000
Les infrastructures pour produire de l’hydroélectricité
Les turbines
Il en existe principalement trois types, selon que la chute d’eau à exploiter est très haute (turbines Pelton, plus de 100 mètres de chute), moyennement haute (turbine Francis, entre 10 et 100 mètres de chute pour un rendement optimal) et enfin les basses chutes (turbine Kaplan, entre 1 et 20 mètres de chute) :
- Turbine Pelton : C’est le modèle de turbine le plus ancien, inventé au XIXème siècle. Il reprend le principe des roues à aubes avec les augets. Cette turbine est alimentée par des injecteurs, placés face aux augets, et peuvent être au nombre de un à quatre selon le débit de la rivière utilisée.
- Turbine Francis : C’est le modèle adapté à des chutes moyennes. Il a été créé par un ingénieur américain au XIXème siècle également. La régulation du débit turbiné s’effectue par le biais de directrices, en périphérie de la roue, qui s’ouvrent ou se ferment comme les persiennes d’un volet.
- Turbine Kaplan : C’est le modèle le plus récent puisqu’il a été créé au début du XXème siècle. Adaptées aux basses chutes, ces turbines sont aujourd’hui très utilisées pour leur bon rendement. En effet, dans le cas des Kaplan double réglage, les pales de la turbine (sorte de grosse hélice de bateau) s’ouvrent ou se ferment plus ou moins selon le débit, et les directrices (comme sur les Francis) permettent une bonne orientation de l’eau à toute ouverture de la turbine, assurant ainsi à tout instant un rendement optimal.
Le multiplicateur
Parfois, la vitesse à l’arbre de la turbine n’est pas suffisante pour faire tourner l’alternateur ou la génératrice (cas des basses chutes par exemple, où la puissance sera très importante, mais la vitesse de rotation très faible). Par un système d’engrenages (multiplicateurs mécaniques) ou de courroies (multiplicateur à courroie), on va multiplier la vitesse selon les besoins : un gros volant ou gros engrenage est mis en bout d’axe de la turbine (rotation lente) et entraîne un plus petit volant ou engrenage dont la vitesse de rotation sera beaucoup plus importante.
L'alternateur / La génératrice
Ce sont deux systèmes légèrement différents mais qui aboutissent, une fois accouplés à la sortie de la turbine ou du multiplicateur (s’il en existe un), à la production d’électricité. L’alternateur créé lui même son excitation (nécessaire à la création du champ magnétique), tandis que pour la génératrice, c’est le réseau qui fournit l’énergie d’excitation.
On peut parfois se passer du multiplicateur, même avec une vitesse faible à l’axe de la turbine, en employant un alternateur lent. Mais ce genre de matériel est très coûteux.
Les infrastructures des centrales hydroélectriques peuvent perdurer plusieurs décennies, voire plusieurs siècles.
Leur longévité réside dans le soin apporté à la maintenance et à la modernisation des équipements de production d’électricité et des équipements d’acheminement et de régulation de l’eau, ainsi que dans le soin apporté au respect des règles de l’art et de la sécurité.
Durée de vie estimative des installations :
Contrôle commande
10 à 20 ans
Alternateur
30 à 40 ans
Turbine
30 à 40 ans, parfois > 100 ans
Génie civil / barrage
> 100 ans
