L’industrie allemande de l’hydraulique
Exploitée depuis plus de cent ans, l’énergie hydraulique est la plus ancienne des technologies de production d’électricité. La force hydraulique fournit actuellement un cinquième de l’électricité produite à l’échelle mondiale. Grosso modo, il existe trois types de centrales hydrauliques: les centrales au fil de l’eau, les centrales à réservoir et les centrales de pompage. Les centrales hydroélectriques jouent un rôle essentiel tant pour la fourniture en électricité de base que pour la stabilité du réseau, notamment en raison de la capacité de stockage d’énergie des centrales de pompage.
Centrales hydrauliques au fil de l’eau
Ce type de centrale hydraulique est de loin le plus courant. Les centrales au fil de l’eau obtiennent un taux de rendement de près de 94 pour cent et servent en général à assurer la fourniture électrique de base. Les turbines d’une centrale au fil de l’eau ou d’une centrale hydraulique installée sur un cours d’eau utilisent la force du courant d’un cours d’eau ou d’un canal. Leur puissance est donc déterminée par la vitesse d’écoulement et le niveau des eaux. Certaines usines au fil de l’eau ont la capacité de retenir l’eau pendant les périodes de faible demande énergétique afin d’utiliser cette eau comme réserve lorsque la demande augmente. Les centrales au fil de l’eau dotées d’un barrage constituent un type particulier de centrale au fil de l’eau. Le barrage permet de retenir l’eau et de la diriger vers les turbines par un canal d’amenée séparé. Alors que les centrales au fil de l’eau de type normal ne possèdent qu’un faible dénivelé entre le niveau d’eau supérieur et inférieur, les centrales au fil de l’eau dotées d’un barrage exploitent la différence de niveau plus importante en raison de la retenue d’eau.
Dans la plupart des cas, les centrales au fil de l’eau et les centrales hydrauliques installées sur des cours d’eau utilisent des turbines Kaplan, un type de turbine inventé en 1913 par l’ingénieur autrichien Viktor Kaplan. La roue de cette turbine ressemble à une hélice de navire à pales réglables. Par la création d’un tourbillon au moyen d’une bâche spirale, l’eau est dirigée vers les pales de la roue par un déflecteur, et ce dans une direction parallèle à l’arbre de la turbine.
Centrales hydrauliques à réservoir
Dans les centrales à réservoir, l’eau est stockée dans un lac naturel ou artificiel puis acheminée dans une centrale en aval par des conduites à haute pression. La hauteur de chute d’eau permet de faire tourner les turbines. Ce type de centrale est particulièrement adapté pour compenser les fluctuations affectant non seulement la production d’électricité au niveau régional et suprarégional mais aussi la consommation: ces centrales peuvent en effet fonctionner indépendamment de l’arrivée d’eau naturelle.
Centrales hydrauliques de pompage
A la différence des centrales à réservoir, les centrales de pompage fonctionnent avec deux réservoirs d’eau: un bassin supérieur et un bassin inférieur avec le plus grand dénivelé possible entre les deux bassins. Lorsque l’offre d’électricité est supérieure à la demande et que des surcapacités sont inutilisées, l’énergie excédentaire est employée pour pomper l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur où elle est de nouveau disponible pour les heures de pointe de consommation. Les turbines à impulsion utilisées pour entraîner le générateur sont le plus souvent des turbines Pelton. L’eau sort à très grande vitesse d’une ou de plusieurs tuyères et est propulsée vers les pales de la roue.
Dans les centrales hydrauliques à haute pression, l’eau d’un lac de barrage est acheminée à grande vitesse vers la centrale située en aval par la conduite de refoulement. L’importante hauteur de chute génère une haute pression au niveau des turbines qui entraînent le générateur de courant alternatif.
Rentabilité et sécurité
La construction de grandes centrales hydrauliques nécessite des investissements importants qui sont cependant rentables. Les centrales hydroélectriques ont fait maintes fois leurs preuves, qu’il s’agisse de leur longévité maximale, de leur sécurité optimale de fonctionnement ou de leur taux élevé de rendement de 75 à 90 pour cent pour un coût de revient à peine supérieur à celui de l’électricité produite à partir de sources d’énergie fossile ou nucléaire. De plus, les centrales hydrauliques augmentent la sécurité d’approvisionnement, n’émettent pas de substances polluantes et peu de chaleur, tout en réduisant notre dépendance vis-à-vis des importations d’énergie ainsi que les risques qui en découlent. Elles constituent en outre un facteur important de développement pour les pays sans approvisionnement généralisé en énergie mais dotés de ressources en eau suffisantes. Dans ce secteur, les entreprises allemandes exportent des technologies de pointe ainsi que des prestations de service complètes.
Développement en Allemagne et à travers le monde
En 2006, l’Allemagne a produit 21,6 milliards de kilowattheures d’électricité à partir de l’énergie hydraulique. L’énergie hydraulique couvre 3,5 pour cent de la consommation brute d’électricité, ce qui correspond aux besoins de plus de six millions de foyers.
Après l’énergie éolienne, la force hydraulique est la deuxième source d’énergie renouvelable et continue de progresser grâce aux conditions générales plus favorables octroyées par la Loi sur les énergies renouvelables. La modernisation des installations s’est accompagnée de la réactivation d’anciennes installations mises hors service. A la fin de l’année 2006, la puissance totale installée en Allemagne était de 4.700 mégawatts et provenait d’environ 7.500 centrales hydroélectriques. Le Ministère fédéral de l’environnement estime que les nouvelles perspectives ouvertes par la Loi sur les énergies renouvelables entraîneront, au cours des prochaines années, une augmentation considérable de la part de l’énergie hydraulique dans la production d’électricité en Allemagne.
L’énergie hydraulique s’élève à 17 pour cent et occupe ainsi une place presque aussi importante que celle de l’énergie nucléaire dans la production d’électricité mondiale. Dans plus de 20 pays, cette part est supérieure à 90 pour cent, dépassant même les 95 pour cent en Norvège et au Paraguay. En termes absolus, et non en pourcentage, ce sont le Canada, le Brésil et la Chine qui génèrent la plus grande quantité d’électricité issue de l’énergie hydraulique.
Conditions générales
La construction de grandes centrales hydroélectriques entraîne des mutations profondes du paysage, surtout lorsque la hauteur de chute nécessaire doit être créée artificiellement. La planification d’une centrale hydroélectrique doit donc respecter les dispositions de la législation de protection des eaux, de protection de la nature et de préservation des sites naturels et tenir compte de la durée des procédures administratives.
Les législations européenne et allemande imposent des exigences sévères pour la construction ou l’aménagement de centrales hydroélectriques. La directive cadre sur l’eau en est un exemple. L’exploitation d’installations hydroélectriques existantes et la construction de nouvelles installations sont soumises à d’importantes restrictions. Le maître d’ouvrage doit en effet démontrer que son projet bénéficie non seulement de conditions d’investissement sûres mais également de possibilités d’amortissement à long terme.
Afin d’exploiter le potentiel qui existe en Allemagne, le Ministère fédéral de l’économie apporte son appui aux petites centrales hydrauliques, notamment par l’octroi de prêts à des conditions préférentielles. Concernant les centrales hydroélectriques d’une puissance inférieure ou égale à cinq mégawatts, la Loi sur les énergies renouvelables prévoit le paiement d’un tarif minimum d’achat de 6,65 centimes d’euro par kilowattheure, et ce sur une durée de 30 ans. Les installations dont la puissance excède cinq mégawatts bénéficient quant à elles du tarif de 8 centimes d’euro environ par kilowattheure.
L’avenir de l’énergie hydraulique
L’énergie hydraulique continuera de jouer un rôle important dans la production mondiale d’électricité. A l’heure actuelle, seulement un quart de son potentiel économique est exploité. D’ailleurs, le potientiel hydroélectrique réalisable sur le plan strictement technique est considérablement réduit en raison des limites qui sont imposées à son développement par des considérations hydro-écologiques. La construction de nouvelles centrales hydrauliques d’une puissance totale de 135 gigawatts est prévue jusqu’à l’année 2010. 57 gigawatts de cette puissance doivent provenir de petites centrales hydroélectriques.
Les entreprises du secteur allemand de l’hydraulique estiment qu’il existe encore un potentiel de développement de 2.000 mégawatts. Afin de libérer ce potentiel, des investissements s’élevant à un milliard d’euros sont planifiés jusqu’en 2012. A l’heure actuelle, les sites d’anciens moulins à eau suscitent un intérêt particulier.
