Les sources d'énergie électrique : les barrages hydrauliques (mis à jour)

[Mise à jour 8/8/2010 : rajout des deux parties "Barrages au fil de l'eau" et "Conclusion", quelques modifications mineures.]

Quand j'étais petit, je croyais qu'un barrage c'était juste là pour bloquer l'eau. Faut dire aussi qu'à la plage vers Royan, quand on faisait un barrage entre gamins avec le filet d'eau qui venait des égoûts, on avait bien un barrage, par contre faire de l'électricité avec ne me serait jamais venu à l'idée.

Pourtant, c'est bien là l'utilité de 40 % des barrages, et c'est de ceux là dont on va parler. Il existe des barrages hydroélectriques. de différentes tailles, le plus connu étant probablement celui des Trois Gorges en Chine, car il est vraiment colossal et est aussi réputé pour ses dégâts colossaux.

I Barrage hydroélectrique : le principe

II Itaipu, barrage géant du Brésil

III Jugement sur la grosse hydraulique

IV Une alternative : les barrages au fil de l'eau

V Conclusion

I Barrage hydroélectrique : le principe

Quand on entend parler d'un barrage hydraulique, on pense plutôt à ça :

Un très grand mur qui bloque l'eau d'un cours d'eau avec très peu d'eau en aval, et un immense lac en amont.

A vrai dire, il y a d'autres types de barrages, mais on va d'abord parler de ce type de barrage, dit « barrage voûte ».

1- Du cours d'eau à la centrale électrique

2- Un mur qui bouleverse l'écologie locale

1- Du cours d'eau à la centrale électrique 

Donc on a de l'eau qui coule et on veut faire de l'électricité avec.

-Pourquoi ce serait de l'énergie électrique déjà ?

Euh, parce qu'elle est plus facile à transporter et à diffuser. Mais ne t'inquiète pas petit ingénu, il y aura un voire plusieurs articles sur des formes d'énergies « farfelues », chaque chose en son temps.

L'eau ça coule. C'est quand même assez grossier comme ça coule : du haut vers le bas. Et qui dit mouvement grossier dit énergie mécanique ! Enfin, cinétique surtout. [Voix de vieux sorcier gâteux] : Attendez, je fouille dans mon grimoire... Alors machine à vapeur... bof, trop tordu. Effet photo-électrique... Raah mince, je me suis gouré de page. ...Ah ! Turbines et alternateurs.

Ca c'est une turbine.

Et ça c'est un alternateur.

Ben oui il faut bien laisser passer de l'eau si on veut faire tourner les turbines, mais pas trop fort. Disons que le barrage, il est juste là pour accentuer la différence haut/bas.

Le courant d'eau va faire tourner les turbines, et probablement grâce à des systèmes d'engrenages, celles ci vont faire tourner l'alternateur qui va se mettre à produire un courant électrique.

Plusieurs moyens d'arriver à la même fin.

Selon la taille du barrage, la puissance peut grandement varier. Habituellement, ça tourne autour du gigawatt, donc c'est quand même pas de la gnognotte.

2- Un mur qui bouleverse l'écologie locale

Vous m'imaginez toujours avec une voix de vieux sorcier gâteux ? Parce que là il serait temps de la mettre en mode off ! Bien, reprenons.

Un mur. C'est tout simple un mur. Et c'est justement pour ça que c'est vraiment très fort.

En des temps reculés, il y avait un grand mur qui séparait beaucoup d'animaux des membres de leur famille. A vrai dire, c'était comme un enclos mis autour d'une zone que tous ces animaux fuyaient car cet environnement n'était pas propice à leur vie et à leur bien être. Bien avant ce mur, il y avait une zone à haute densité de population où ces animaux sédentaires vivaient ensemble. Mais il y eut des divisions intra-spécifiques qui aboutirent à l'érection du mur, et à la séparation en deux de cette zone de vie.

 

Ce mur, c'est le mur de Berlin. Et ces animaux, c'étaient des êtres humains.

Le mur que constitue un barrage a lui aussi un impact environnemental énorme, mais de façon différente. Il va diminuer le flux en eau en aval, ce qui peut priver d'eau d'immenses régions et écosystèmes s'il reste beaucoup de chemin à parcourir. Ceci est très gênant car quasiment tous les êtres vivants ont besoin de beaucoup d'eau.

Le scorpion ainsi que quelques autres espèces ont la chance d'avoir besoin de très peu d'eau. Mais pour les autres... X-(| Non, boire de la bière n'y changera rien : les industries qui la fabriquent ont bien besoin d'eau potable. Il est temps que les imbéciles réfléchissent avant de dire une grosse connerie, connerie à laquelle les autres seraient bien foutus de croire à la longue, tellement les gens se comportent comme des moutons.

Des conflits politiques ont déjà éclaté en Egypte à propos du barrage d'Assouan posé sur le Nil. Je ne me rappelle plus très bien, mais il me semble que les Egyptiens ne voulaient surtout pas d'un manque d'eau, alors que les tenants du barrage d'Assouan se voyaient des intérêts contraires. Compétition liée à une ressource, comme souvent en écologie.

Et en amont, c'est pas terrible non plus. Il se forme un immense lac à une vitesse dépassant le temps d'adaptation écologique. Là aussi c'est un véritable bouleversement écologique. Il faut souvent faire évacuer de grandes populations, et on pense toujours aux humains en premier, au point où rien ou presque n'est fait pour les poissons et autres êtres vivants de la rivière, qui n'ont souvent plus qu'à crever comme des merdes.

 

Les poissons migrateurs ont vraiment besoin de remonter et redescendre les cours d'eau. Quand on pense à eux, on leur construit une échelle pour qu'ils puissent franchir l'obstacle. D'ailleurs, ça me fait penser que le saumon fumé, c'est super bon, mais c'est aussi super cher...

Les lacs créés par les barrages sont sujets au phénomène d'eutrophisation. Ca veut dire que par une surabondance d'azote et de phosphore dans l'eau, la vie se met progressivement à disparaître. Entre temps, les formes de vies changent : les algues se développent, et dans le cas où l'eau est peu profonde, il se forme un marais plus propice aux grenouilles, aux roseaux et aux moustiques qu'aux poissons.

A vrai dire, on pourrait très bien évacuer toutes les populations animales et mettre en place un nouvel écosystème. Un marais c'est pas très vivable pour l'homme, mais ça fait partie de la biodiversité.

Les créateurs de jeux-vidéo l'ont bien compris : la diversité des environnements contribue à la beauté du monde. Volcans, montagnes enneigées, océans, jungles, cités futuristes... Certains jeux vont même plus loin en créant des environnements plus ou moins commodes pour le personnage qu'on joue. Ici, un couloir des mines de phazon dans Metroid Prime...

...et là une ruine dwemer dans Morrowind.

Cependant, la hauteur de l'eau est souvent telle que le lac ne peut être qualifié de marais. Je crois qu'en fait, on ne sait pas bien quels écosystèmes seraient viables dans ces grands lacs de retenue. Peut-être qu'un jour on le saura.

Ah oui, et aussi : un barrage quand ça pète, ça fait très, très mal.

II Itaipu, barrage géant du Brésil

On parle souvent du barrage des Trois Gorges en Chine comme étant le plus puissant du monde, et aussi le plus dévastateur. Pour changer un peu (et surtout parce que j'ai plus d'infos là-dessus hein ^-^), je vais parler d'un autre barrage géant : Itaipu.

Itaipu est un barrage construit sur la frontière entre le Brésil et le Paraguay, et il est proche de l'Argentine. Le partage de l'énergie entre le Brésil et le Paraguay est équitable : chacun reçoit la moitié de l'énergie produite. Un partenariat entre les deux pays permet à chaque pays de revendre de l'énergie à l'autre ; en pratique, c'est le Paraguay qui revend son excédent au Brésil.*

Excédent ? On pourrait croire que oui si l'on sait que ce barrage fournit à lui tout seul 97% des « besoins » électriques du Paraguay. 97% !!!!!? Les habitants du Paraguay ont-ils vraiment assez d'électricité avec ce barrage ?

Faut dire aussi que la bête fait quand même 14 gigawatts de puissance maximale. C'est plus qu'une centrale nucléaire.

Le barrage géant d'Itaipu dans un bain de soleil. Maintenant que je sais à quoi ça ressemble, je comprends mieux ce qui a poussé la rédaction du magazine Popular Mechanics à en faire une des sept merveilles du monde moderne.

Quant au lac, il fait en moyenne 120 m de profondeur. Je dis bien en moyenne. Ca veut dire grossièrement que si on le découpait en étages espacés de 10 m de profondeur, à chaque mètre carré de lac où la profondeur est de 20m, correspond l'équivalent d'un mètre carré de lac où la profondeur est de 220m. Le calcul exact, celui qui est fait avec un découpage parfait, requiert la notion d'intégrale.

Intégrale© : parce que plein de petits, ça fait beaucoup

Ce lac de 170km de long et de 1350km² est utilisé comme lieu de tourisme avec ses nombreuses plages.

Un mot sur le barrage des Trois Gorges. Il est souvent affiché comme étant le plus puissant barrage au monde avec ses 18,2 gigawatts de puissance maximale, mais il tourne moins souvent à sa puissance maximale de telle sorte qu'Itaipu serait en fait le plus puissant barrage du monde.

*Il semblerait toutefois que le Brésil tient le Paraguay sous sa dépendance, et que le Paraguay fait des efforts pour sortir de cette situation, parfois avec succès quand on sait que l'accord donnait auparavant la majorité de l'énergie au Brésil.

III Jugement sur la grosse hydraulique

Le principal avantage des barrages hydroélectriques, c'est qu'ils fournissent beaucoup d'énergie. Même si c'est dit en une phrase, il faut toujours garder ça en tête, compris ?

Mais comme expliqué précédemment, les barrages causent d'énormes dégâts environnementaux de par le déséquilibre du flux d'eau, et il y a toujours le risque que la barrage cède et que l'eau détruise à peu près tout sur son passage.

Ce type d'accident est déjà arrivé. Il existe des systèmes d'évacuation de populations pour éviter que des gens y perdent la vie. Des sirènes au son de corne de brume se mettent alors à sonner dans les endroits équipés, et il faut alors se réfugier haut, très très haut. Pas dans les immeubles, mais dans les collines. Run to the hills ! Run for your lives !

Sur une page web on peut voir décrit l'accident du barrage de Fréjus, avec une ouverture sur d'autres domaines proches comme les « catastrophes naturelles ». Un article plein d'honnêteté, mais qui se garde bien de prendre parti.

Catastrophe de Malpasset

C'est quand même marrant de voir sur les images que les dégâts sont moins impressionnants que je ne l'avais imaginé.

Le barrage des Trois Gorges a dû faire évacuer 3 millions de personnes, et le lac en résultant a englouti nombre de villes et monuments historiques, alors que la Chine est un pays qui accorde très peu d'importance aux vieilles bâtisses de grande valeur, ce que l'on appelle habituellement « le patrimoine culturel ». Mais je crois que je ne vais plus employer ce mot, il est beaucoup trop connoté par le classicisme.

Une citation intéressante lue dans le numéro de La recherche de Juillet-Août 2008, par Dai Qing, journaliste chinoise :

« A la fin des années 1980, Deijia [le mari de la journaliste] me raconta que son père -un homme qui avait encadré la construction de plusieurs barrages importants et « lutté sa vie entière pour la cause du Parti »- lui avait un jour murmuré : « Si tu construis un barrage, tu saignes une rivière à blanc. » »

Waouh. Ca résume bien les choses.

Et là, que répondent les industriels ? Rien. Avec l'énergie nucléaire ils trouvent toujours un contre-argument. Mais là...

Il faut voir les choses en face : les grand barrages sont pires que les centrales nucléaires. Dès le début on a des problèmes avec le lac en eutrophisation, les populations à évacuer, et puis il y a aussi le risque que le barrage éclate ou qu'un conflit survienne pour l'eau en aval...

Mais alors pourquoi les centrales nucléaires sont-elles plus décriées que les grands barrages ? Probablement parce que l'aspect nucléaire est inconnu du grand public et fait peur. Moi au contraire, ça me fascine, c'est presque comme si on touchait à un autre monde...Je ferai peut-être un article pour expliquer cette pensée encore confuse sur les "mondes d'énergie" plus en détail.

IV Une alternative : les barrages au fil de l'eau

Les barrages au fil de l'eau ont comme principale différence avec les mastodontes comme le barrage des Trois Gorges le fait d'être petits.
Ces barrages retiennent une faible étendue d'eau en amont, afin de rendre le niveau suffisamment haut pour qu'elle puisse entrer dans le tuyau sans trop de soucis. Classiquement, une grande partie de l'eau poursuit son chemin, d'où le nom "barrage au fil de l'eau". La partie restante se retrouve canalisée dans un tuyau, qui va descendre sur une certaine distance jusqu'à la centrale hydroélectrique, où les turbines vont produire de l'électricité. Elle sera alors acheminée vers les foyers et bâtiments divers environnants par ligne électrique.

Un barrage au fil de l'eau

Ces barrages seraient pour la plupart de faible puissance (à tout hasard, de l'ordre de 50 Mégawatts, mais c'est une affirmation à mettre en doute). Si on veut en tirer un profit significatif, il va donc falloir en avoir beaucoup. De là peut surgir la question, pour toutes les sources d'énergie électrique : "Faut-il plein de petits ou quelques gros ?". Je crois que la bonne réponse est quelque part entre les deux, proche de l'idée du "mix" énergétique où on mise sur plusieurs modes de production différents au lieu de "mettre tous ses oeufs dans le même panier".

Le principal problème de ces barrages est leur intermittence : en l'absence de réservoir avec porte contrôlée, le flux d'eau n'est pas régulable par l'homme et la production d'électricité suit alors les fluctuations naturelles dûes aux pluies. Du coup, si les pluies sont faibles et si le flux d'eau est faible, la production d'électricité sera faible et les foyers, hôpitaux, usines et autres bâtiments risquent d'en pâtir. On pourrait se dire : "Oui mais du coup ça veut dire qu'il y a des surplus quand il y a beaucoup de pluie, du coup on n'a qu'à mettre ce surplus de côté pour l'utiliser quand on a besoin.". Très bonne idée. Le problème, c'est qu'on ne sait pas vraiment mettre ce surplus de côté. On maîtrise encore mal les techniques de stockage de l'électricité électrique, en particulier sur le long terme. Ce problème de stockage se pose aussi pour l'énergie solaire, ainsi que dans des problèmes de la vie de tous les jours comme avec les ordinateurs ou téléphones portables, même s'il prend dans ces deux derniers cas une tournure bénigne.

Je signale qu'il existe aussi des barrages au fil de l'eau avec des capacités élevées de l'ordre de 1000 Mégawatts, mais ceci ne peut se faire que sur les cours d'eau à fort débit.

La page Wikipedia en Anglais sur les barrages au fil de l'eau donne actuellement un lien vers un document pdf fait par le Watershed Watch, un organisme apparemment canadien qui s'occupe, entre autres, de l'étude des populations de saumons.
Il indique le fait que bien que les barrages au fil de l'eau soient, pris séparément, d'un faible impact sur l'environnement, il ne faut rien sous-estimer et il faut bien prendre en compte le "cumul" des impacts environnementaux sur une zone donnée pour mesurer le danger réel sur la vie et l'environnement. Je mets "cumul" entre guillemets car à mon sens, il s'agit de phénomènes écologiques complexes qu'on ne peut absolument pas réduire à une somme d'aspects positifs et négatifs, faute de disposer de l'outil formel adéquat, à supposer qu'un tel outil puisse exister.

Je donne le lien vers la page de l'encyclopédie libre :

Run-the-river electricity, Wikipedia

Watershed Watch mérite aussi qu'on y jette un coup d'oeil (attention, le pdf sur les barrages au fil de l'eau est plus dur à trouver depuis cette page) :

Watershed watch

V Conclusion

Les barrages hydroélectriques, bien qu'exploitant une énergie renouvelable, peuvent causer des dommages à l'environnement et à la vie qui en dépend. Les plus gros ouvrages sont capables de produire de très grandes quantités d'électricité, mais à un prix fort : une rivière beaucoup plus hostile aux poissons, la contrainte pour les populations terrrestres, humaines ou non, de se déplacer ou de mourir, le risque d'accidents d'une grande ampleur, et aussi le risque qu'apparaissent, dans certaines régions, des conflits importants sur la gestion de l'eau. Au lieu de se focaliser sur les faibles risques d'une catastrophe nucléaire avec de gros dégâts, on ferait mieux de se focaliser sur les dégâts réels de ces barrages qui ont lieu aujourd'hui, sous nos yeux, maintenant.

La petite hydraulique semble être une alternative raisonnable. Peu exploitée aujourd'hui, elle pourrait s'avérer efficace si sa mise en oeuvre se fait par une prise en compte globale de la zone où on veut implanter les barrages. Une étape préalable et nécessaire est une étude de l'écosystème local, dont les caractéristiques peuvent être mises à profit de l'ensemble des espèces par une approche constructive de l'ensemble du projet.