La technologie hydroélectrique exploite les cours d’eau pour produire de l’électricité.
En quelques mots
Une centrale hydroélectrique exploite l’énergie des flux d’eau (rivière, fleuve) pour la transformer en énergie mécanique puis en électricité.
Cette technologie produit donc une électricité de source renouvelable. La production est variable selon les quantités de précipitations mais s’avère prévisible.
En Wallonie, la majorité des centrales se trouvent “au fil de l’eau” mais il existe également des unités installées sur des barrages.
Des coopératives citoyennes sont actives dans l’hydroélectricité.
Définition de la technologie
Les centrales hydroélectriques produisent de l’électricité en transformant l’énergie hydraulique d’une rivière. L’énergie hydraulique est présente là où il y a de l’eau en mouvement sous la forme d’énergie cinétique ou au droit d’une chute d’eau sous la forme d’énergie gravitationnelle nommé aussi énergie potentielle. Elle est proportionnelle au débit d’eau et à la hauteur de chute.
Une centrale hydroélectrique valorise un débit d’eau sur une hauteur de chute. Elle se situe idéalement aux endroits de forte déclivité du cours d’eau afin de pouvoir disposer d’une hauteur de chute suffisante. Celle-ci sera créée à l’aide d’un barrage permettant l’alimentation d’un canal de dérivation vers une conduite forcée.
Le parc hydroélectrique existant en Belgique est essentiellement composé de centrales au fil de l’eau, c’est-à-dire sans réservoir d’accumulation d’eau (barrage créant un lac artificiel). La plupart des centrales hydroélectriques se situent sur les cours d’eau qui présentent une déclivité exploitable, au droit des écluses des voies navigables ou sur des ouvrages d’art comme les barrages de régulation des cours d’eau.
D’un point de vue technique, la transformation énergétique est opérée par une turbine couplée à une génératrice électrique. Les pales de la turbine transforment l’énergie du débit d’eau en une énergie mécanique de rotation. Celle-ci actionne l’axe d’une génératrice électrique. Comme c’est le cas avec la dynamo d’un vélo, le mouvement tournant du rotor crée un couple électromagnétique, qui engendre un courant électrique.
Dette énergétique
La dette énergétique d’un objet représente l’énergie qu’il a fallu consommer pour le fabriquer et l’acheminer jusqu’à son lieu d’utilisation.
Dans le cas des systèmes renouvelables, cette dette intègre toutes les étapes : construction, assemblage, transport vers le site de production, recyclage des déchets en fin de vie, …
Une centrale hydroélectrique au fil de l’eau rembourse sa dette énergétique en 1 à 3 ans suivant la taille de celle-ci et puis produit une énergie 100% propre durant toute sa vie, contrairement aux centrales fossiles et nucléaires.
Durée de vie
Une centrale hydroélectrique fonctionne entre 30 et 60 ans, selon les sites et la technologie.
Production
La production hydroélectrique varie en fonction des quantités de précipitations au fil des saisons. Les centrales produisent ainsi plus d’électricité en hiver, quand les cours d’eau sont plus chargés.
Le changement climatique affecte le productible (sécheresses estivales, crues exceptionnelles).
En 2020, le parc hydroélectrique belge a permis de couvrir l’équivalent de la consommation électrique de 81 000 ménages.
Nombre d’exploitations en Belgique
Le parc hydroélectrique belge totalise près de 114 MW répartis sur 166 sites de production. La très grande majorité de la puissance est installée en Wallonie (111 MW).
L’essentiel de la puissance installée en Belgique (83%) fonctionne “au fil de l’eau” c’est-à-dire que le débit du cours d’eau est immédiatement utilisé et fournit de l’électricité injectée immédiatement sur le réseau.
Le reste de la puissance installée se concentre sur 7 barrages (17% de la puissance). La retenue d’eau permet de moduler la production en fonction des besoins du réseau.
Les technologies installées (turbines, roues, vis d’Archimède) et les tailles des installations sont très variables. On trouve aussi bien d’anciens moulins équipés avec quelques kW que des centrales de plusieurs MW installées sur les voies navigables.
Economie d’émissions de CO2
Les productions de source renouvelable permettent de réduire l’usage des centrales fossiles (gaz, charbon) et donc nos émissions de gaz à effet de serre.
En Belgique, une centrale hydroélectrique de petite puissance (10 kW) permet d’économiser 6 tonnes de CO2 par an, soit l’équivalent de 31 000 km parcourus en voiture (sur base du mix électrique belge).
Recyclage
La majorité des composants d’une centrale hydroélectrique sont recyclables : cuivre, fer, acier, aluminium, plastique, zinc, béton, …
Intermittence
La production hydroélectrique varie en fonction des quantités de précipitations mais s’avère très régulière au cours d’une journée et prévisible.
« Terres rares »
Les “terres rares” sont un ensemble de métaux dont l’extraction – principalement en Chine – est nocive pour l’environnement et la santé humaine. Ces métaux sont majoritairement utilisés dans les pots catalytiques automobiles, les smartphones, les ordinateurs, les moteurs électriques, certains aimants permanents, …
La majorité des turbines et génératrices hydro ne comportent pas d’aimants permanents et fonctionnent donc sans “terres rares”.
Sécurité et maintenance
Les techniciens assurent la maintenance des installations hydroélectriques plusieurs fois par an. On distingue la maintenance prédictive (graissages, vérifications techniques, …) et les maintenances curatives qui sont réalisées suite à des pannes.
Coût d’installation
Les coûts d’installation sont très variables en fonction du type de site et de la puissance envisagée. On compte un investissement entre 20 000 €/kW installé pour les petites puissances et 3 000 €/kW installé pour les centrales au-dessus du MW de puissance.
Aides et primes
En Wallonie, le système des certificats verts encourage la production d’électricité d’origine renouvelable et permet de rentabiliser les investissements.
Ce mécanisme de soutien bénéficie tant aux développeurs privés qu’aux coopératives citoyennes actives dans l’hydroélectricité.
Actuellement, les installations hydroélectriques reçoivent, en fonction de leur puissance, entre 2,5 et 0,71 certificats verts par MWh produit pendant 20 ans.
Impacts environnemental et social
Les installations hydroélectriques peuvent avoir un impact sur les poissons dans les cours d’eau sur lesquelles elles sont implantées. Pour préserver la vie piscicole, les gestionnaires de cours d’eau veillent à faire respecter un débit réservé à la rivière (débit non turbiné) et à installer des dispositifs de franchissement à la montaison (d’aval en amont) et de dévalaison (d’amont en aval) pour les poissons, afin de limiter les impacts des installations sur les déplacements et migrations de la faune.