L'eau,
matière précieuse

Exposés de la classe de 2°7
année 2004/2005

L'hydroélectricité
par Laura LACHENY, Medhi FAUVETTE, Xavier MALINOSKY et Mélanie PIELASKI

Le niveau de consommation énergétique représente actuellement, un poids insoutenable pour la planète. Celui-ci ne fera que s'alourdir au fur et à mesure qu'un plus grand nombre d'habitants de la terre se mettent à consommer autant que nous. La production mondiale d'électricité a triplé depuis 1960. Les pays industrialisés ne représentent que 25% de la population mondiale mais consomment 90% de l'énergie.
Selon l'Office of Technology Assessment de Congre Americain, les réserves mondiales connues d'hydrocarbure seront épuisées en 2037. Cette source d'énergie n'aura été utilisée que durant 175 ans (bien peu dans l'histoire de l'humanité). Même si d'autres prétendent que le pétrole durera encore 60 ans, et que le gaz naturel tiendra encore quelque 120 ans, la nature du problème reste inchangée. La crise énergétique des années 70 n'a pas été tellement ressentie comme un problème de pénurie, mais plutôt comme un problème de prix. Dés que les prix auront chuté car on aura découvert de nouvelles réserves, on va recommencer à gaspiller ses ressources comme si de rien n'était...

La science cherche de nouvelles possibilités de production d'énergie, et ses plus grands espoirs reposent sur l'hydroélectricité, énergie renouvelable et non polluante.
L'hydroélectricité remplacera-t-elle le pétrole tout en étant aussi profitable à l'homme qu'à la nature ?

I : L'HYDRO- ELECTRICITE :

Heureux sont ceux qui disposent d'un potentiel d'électricité hydraulique. La Norvège par exemple couvre la presque totalité de ses besoins grâce à l'hydroélectricité (60% en Suisse). L'énergie hydroélectrique fait partie des sources d'énergie renouvelables en raison du cycle de l'eau, qui comprend l'évaporation, les précipitations et l'écoulement de l'eau.

1) Histoire et développement

L'histoire de l'utilisation de la force hydraulique est aussi longue que riche. Plusieurs siècles avant l'ère chrétienne, l'homme construisait déjà des machines hydrauliques qui soulageaient sa peine lorsqu'il voulait élever l'eau pour des besoins d'irrigation (les norias). Mais la forme la plus ancienne et la plus simple de la turbine fut la roue hydraulique, utilisée pour la première fois dans les civilisations antiques grecques et romaines. La partie inférieure de la roue plongeait alors dans le courant. Sa puissance, qui atteignait au plus quelques centaines de watts, est montée à une trentaine de kilowatts vers le IIe siècle après J.-C., lorsque la roue fut entraînée par sa partie supérieure, et ceci jusqu'au moyen âge. Au Xe siècle, en Europe, plusieurs milliers de ces installations fournissaient de l'énergie mécanique, essentiellement à des moulins. Vers la fin du XVIIIe siècle, en relation avec le développement de l'agriculture et de diverses industries, la métallurgie notamment, on en comptait dix fois plus!
Jusqu'au milieu du XIXe siècle, soit durant près de deux millénaires, le principe de la roue hydraulique a peu évolué. Il est utile de noter que sa puissance, même celle des plus performantes comme on les construit aujourd'hui, est limitée par un problème de dimensions. En effet, le travail d'une roue hydraulique résulte du remplissage et du vidage de godets tournants autour d'un axe horizontal. L'eau est amenée dans les godets par une goulotte au sommet de la roue et s'évacue lorsque les godets parviennent en bas. L'énergie hydraulique cédée à la roue est proportionnelle au produit de la masse d'eau contenue dans les godets par la dénivellation perdue. Or, la masse d'eau dépend de la largeur de la roue et la hauteur perdue, de son diamètre (ou hauteur de chute). La puissance produite, fonction du débit d'eau, fait encore intervenir la vitesse de rotation. Les plus grandes valeurs techniquement et économiquement réalisables de chacun de ces trois termes, largeur, diamètre et vitesse de rotation, déterminent la puissance maximale pratique d'une roue hydraulique, soit quelques dizaines de kilowatts

Au cours des années 1980-1990 les industriels ont favorisé le développement de nouveau matériel hydroélectrique à la fabrication de barrage. Les producteurs vendent habituellement leur énergie hydroélectrique à des services publics d'électricité. Ils mettent sur pied de petites installations qui produisent habituellement entre 1 et 50 Mégawatt, et comme dans de nombreux pays, la France a une forte augmentation des PCH (petite centrale hydraulique) qui produisent en moyenne 5 milliards de kilowatt/heures chaque année, soit la consommation annuelle de près de 1,5 million de foyers (hors chauffage). Elles permettent d'économiser plus d'1 million de tonnes d'équivalent pétrole et fournissent un courant moins coûteux et plus propre que les solutions classiques centralisées. Depuis longtemps, le coût de production d'énergie hydroélectrique est l'un des plus faibles au monde. Cela permet de fixer des prix très bas pour l'électricité au détail, ce qui est tout à l'avantage des utilisateurs résidentiels et des industries qui utilisent beaucoup d'électricité, telles que l'industrie de l'aluminium. Selon la prévision de l'offre et de la demande d'énergie de RNCan (entreprise canadienne) de 1997, la production d'énergie hydroélectrique augmentera d'environ 14% entre 1995 et 2020, ce qui représente une augmentation annuelle de 0,5%.
On s'attend à ce que cette augmentation de la production d'énergie hydroélectrique provienne de divers projets au Québec, en Colombie-Britannique et au Manitoba. La demande croissante en électricité et la nécessité de réduire l'émission de gaz à effet de serre pourrait entraîner une croissance potentielle supplémentaire pour l'énergie hydroélectrique. Le projet hydroélectrique du cours inférieur de Churchill qui fait l'objet de discussions entre le gouvernement du Québec et le gouvernement de Terre-Neuve, constitue un exemple d'aménagements futurs. En fait, les ministres fédéraux et provinciaux de l'énergie et de l'environnement du Canada ont conclu, lors de leur réunion d'octobre 1998, que l'énergie hydroélectrique peut jouer un rôle essentiel dans la stratégie du Canada et la stratégie internationale en matière de changement climatique.

2) production et répartition de cette énergie.

a) Comparaison de production d'hydroélectricité en 1995 dans le monde
Production (GWh)
Capacité (MW)
Canada
353 000
67 100
Etats-Unis
300 000
76 000
Brésil
300 000
64 000
Chine
258 000
82 700
Russie
174 000
44 700
Norvège
121 000
27 600
Total mondial
2 740 000
729 000

b) répartition
Le Québec est le chef de file de cette production. Un des plus grands complexe hydroélectrique du monde est celui de "La Grande" situé du côté québécois de la baie James. Ce complexe possède une capacité de production de plus de 15240 Mégawatts.

Ci-contre la répartition de l'énergie au Canada.
documents provenant de http://canren.gc.ca/

II : FONCTIONNEMENT :

1) le principe

(images provenant du site de l'IUFM de Lyon)

L'énergie hydraulique est l'énergie des cours d'eau, des chutes, des marées. L'eau, par son poids et sa vitesse, actionne une turbine et transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique. La turbine entraîne à son tour une génératrice qui transforme l'énergie mécanique en électricité. Ce principe est aussi utilisé en bord de mer, sur l'estuaire d'un fleuve, où l'on profite des mouvements de la marée pour faire fonctionner la turbine.

L'eau retenue par le barrage est conduite vers une turbine qui entraîne un alternateur qui produit de l'électricité que l'on répartit ensuite en fonction des besoins. La roue de la turbine, équipée d'ailettes, est mise en rotation par la force centrifuge de l'eau.

Pour réguler le débit et éviter des variations brusques, on a recours à de gros "robinets" appelés vannes qui aident à régler le débit de l'eau. Ce mouvement est transmis par un axe à un alternateur. Dans l'alternateur (ou générateur), une bobine de fil de cuivre tourne à l'intérieur d'un aimant, ce qui produit de l'électricité. L'alternateur d'une centrale fonctionne comme la dynamo d'une bicyclette.

2)les différents types de barrage

Les barrages voûtes : La courbure de la voûte est conçue pour que la pression de l'eau soit déviée vers les parois de la montagne auxquelles le barrage est ancré très solidement.

Les barrages poids : Ils fonctionnent comme une cale. Ils résistent à la poussée de l'eau par leur seule masse qui est énorme. Ce sont les plus "ventrus" des barrages. Les petits barrages que l'on construit dans les ruisseaux sont des barrages poids.

Les barrages contreforts : Ce sont des murs dont le côté droit est renforcé par des pi liers en béton qui s'opposent à la pression de l'eau, comme les contreforts d'une cathédrale s'opposent à la poussée des murs.

3) avantages et inconvénients

Les avantages de l'hydroélectricité sont certains, et nombreux, c'est pour cela que nous ne citerons que les principaux. Les barrages sont énormément répandus dans le monde c'est l'un des premiers avantages de cette technologie.
- une installation peu coûteuse : certes le prix moyen pour la construction d'un barrage s'élève à 15 milliards de dollars, cet investissement peut sembler important mais il n'en est rien car ce dernier est rapidement amorti grâce à la production continue d'énergie. Le possesseur du barrage se verra remboursé en moins d'un an !
- un choix écologique : la puissance de l'eau produit de l'électricité. Aucune combustion n'est nécessaire, donc aucun gaz à effet de serre n'est émis.
- une énergie renouvelable : cette technique de production s'appuie sur le cycle de l'eau. Donc tant que le cycle de l'eau se perpétuera, il y aura de l'énergie.
- des possibilités de stockage : on ne stocke pas l'électricité dans une centrale, mais le fait de garder l'eau grâce au barrage, permet d'avoir une énergie potentielle à disposition

Les barrages sont une avancée technologique importante dans l'histoire de la production d'énergie, mais ils ont comme toute invention des inconvénients.
- une sédimentation du cours d'eau en aval : la baisse du niveau peut priver les riverains d'eau et accroît les risques d'incendie.
- les lâchés d'eau : ces crues peuvent provoquer des pertes de terre agricole, des inondations de forêt, et parfois même des contaminations de l'eau par le mercure.
- l'inondation de la vallée en amont : la végétation submergée se décompose produisant des gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone C02 et le méthane CH4. De plus ces végétaux morts ne réalisent plus de photosynthèse donc le C02 atmosphérique est moins converti matière végétale.
- une barrière pour les poissons : les saumons, par exemple, ne peuvent passer au-dessus du barrage pour gagner leur zone de ponte habituelle, ils s'épuisent sans pouvoir ce reproduire.
- une perte esthétique : la beauté des sites (chutes, rapides) est affecté par ces constructions.

 

Conclusion : Les ressources d'énergies ne seront plus là très longtemps, il faut donc se pencher immédiatement sur ce problème ! le pétrole, le gaz naturel s'épuisent. Utilisons immédiatement cette ressource renouvelable, l'hydroélectricité, qui nous tend les bras. Faudra-t-il attendre encore un crash boursier pour que le monde réagisse?
Nous avons tout à gagner dans cette bataille, une énergie plus propre, moins chère, à la portée de tous mais également une planète plus propre pour notre descendance. Comptez vous laisser à vos enfants, petits enfants etc... une terre dans un état moins adapté à la vie ?
La Terre est la mère de tous les êtres qui la peuplent nous devons en prendre soin. L'hydroélectricité est là pour nous aider à atteindre ce but, allons nous la rejeter ?
C'est de vous que dépendent ces réponses.