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L'énergie hydraulique Hydroélectricité et sécurité de l’approvisionnement en Suisse
L’hydroélectricité joue un rôle essentiel dans la sécurité de l’approvisionnement électrique de la Suisse, tout au long de l’année.
En été, les rivières charrient davantage d’eau qu’en hiver. Les centrales au fil de l’eau installées sur les grands cours d’eau, ainsi que de nombreuses petites centrales hydroélectriques, exploitent l’énergie du courant et produisent de grandes quantités d’électricité.
Pendant la saison chaude, les centrales à accumulation utilisent l’eau de fonte et les précipitations pour remplir leurs réservoirs. Elles peuvent produire de l’électricité de manière flexible, notamment lors des pics de demande. En hiver, elles turbinent l’eau stockée pour produire de l’électricité, particulièrement précieuse à cette période. Elles fonctionnent ainsi comme des batteries : elles stockent l’eau issue des précipitations et de la fonte des neiges en été afin de produire de l’électricité en hiver.
Les centrales de pompage-turbinage jouent un rôle de batterie encore plus marqué, tout au long de l’année. Elles stockent l’électricité lorsque celle-ci est abondante, en pompant l’eau vers un réservoir supérieur. Lors des pics de demande, elles restituent cette électricité en turbinant l’eau pompée.
Types de centrales hydroélectriques en un coup d’œil
Centrale au fil de l’eau
Les centrales au fil de l’eau utilisent le débit d’une rivière pour produire de l’électricité. Elles présentent généralement une faible hauteur de chute et sont adaptées aux cours d’eau à fort débit.
L’eau est dirigée vers les turbines. La force du courant entraîne celles-ci, qui actionnent des générateurs pour produire de l’électricité. Cette dernière est injectée dans le réseau électrique. Après avoir traversé les turbines, l’eau est restituée à la rivière en aval.
Les centrales au fil de l’eau produisent principalement de l’électricité en continu. Contrairement aux centrales à accumulation et aux centrales de pompage-turbinage, elles ne peuvent que faiblement adapter leur production à la demande. Leur production dépend du débit de la rivière et de la hauteur de chute.
Des passes à poissons et des écluses sont aménagées pour permettre aux poissons et aux bateaux de franchir les ouvrages. Les petites centrales hydroélectriques sont généralement des centrales au fil de l’eau d’une puissance inférieure à 10 MW.
De nombreuses espèces de poissons utilisent différents habitats au cours de leur cycle de vie et dépendent donc des migrations à travers des plans d’eau. Les poissons en amont et les descentes permettent aux poissons de se déplacer dans les rivières et d’ouvrir différents habitats malgré la présence de centrales hydroélectriques.
Les cours d’eau doivent également pouvoir remplir leur fonction naturelle lorsque l’eau est retirée. La détermination de l’eau résiduelle détermine la quantité minimale d’eau qui doit être disponible en aval des prélèvements d’eau dans les lits des rivières et des cours d’eau.
Centrale à accumulation
Une centrale à accumulation est une centrale hydroélectrique qui stocke l’eau dans un réservoir afin de produire de l’électricité à la demande. Contrairement aux centrales de pompage-turbinage, son réservoir est alimenté uniquement par les apports naturels en eau. L’eau est acheminée vers la centrale, située en contrebas du barrage, par des conduites forcées. La centrale exploite l’énergie potentielle liée à la différence d’altitude entre le réservoir et la salle des machines.
Pour produire de l’électricité, l’eau du réservoir est acheminée vers les turbines par les conduites forcées. La force de l’eau entraîne les turbines, qui actionnent les générateurs. L’électricité produite est ensuite injectée dans le réseau. Après avoir traversé les turbines, l’eau est restituée au cours d’eau, généralement une rivière.
Les centrales à accumulation ne fonctionnent généralement pas en continu. Elles stockent l’eau disponible, dont les apports varient en fonction des conditions météorologiques, puis la turbinent lors des périodes de forte demande. Elles fournissent ainsi de l’électricité de pointe de manière flexible, en fonction des variations de la consommation au cours de la journée ou de l’année. Les réservoirs peuvent également contribuer à la protection contre les crues.
Lors de la production d’électricité par les centrales à accumulation et les centrales de pompage-turbinage, le débit en aval peut varier au cours de la journée. Lorsque la demande et les prix de l’électricité sont élevés, ou lorsque la stabilité du réseau nécessite une production accrue, les centrales turbinent davantage d’eau, ce qui provoque une hausse temporaire du débit en aval. Lorsque la demande est faible, elles réduisent leur production et turbinent moins d’eau, entraînant une baisse du débit.
Ces variations artificielles du débit, associées aux éclusées, peuvent fortement perturber les écosystèmes aquatiques des cours d’eau. Des mesures d’assainissement des éclusées sont planifiées et mises en œuvre afin d’en réduire les effets négatifs.
Centrale de pompage-turbinage
Pour produire de l’électricité, l’eau du réservoir supérieur est acheminée vers les turbines par des conduites forcées. La force de l’eau entraîne les turbines, qui actionnent les générateurs. L’électricité produite est ensuite injectée dans le réseau. Après avoir traversé les turbines, l’eau rejoint le réservoir inférieur.
Contrairement aux centrales à accumulation, les centrales de pompage-turbinage peuvent non seulement produire de l’électricité de pointe, mais aussi stocker l’électricité excédentaire des périodes de faible demande. Pour cela, elles pompent l’eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, où elle sera stockée avant d’être turbinée à nouveau. En mode pompage, le générateur fonctionne comme un moteur alimenté par le réseau électrique.
Le pompage-turbinage est une méthode éprouvée pour équilibrer l’offre et la demande d’électricité de manière économique et respectueuse de l’environnement. Les centrales de pompage-turbinage contribuent de manière importante à la sécurité d’approvisionnement et à la stabilité des réseaux électriques.
