Centrale hydroélectrique: qu'est-ce que c'est et comment ça marche

La construction d'une centrale hydroélectrique entraîne des impacts socio-environnementaux irréversibles

Centrale hydroélectrique

Dan Meyers sur l'image Unsplash

La centrale hydroélectrique est constituée d'un ensemble d'ouvrages et d'équipements permettant de produire de l'énergie électrique grâce à l'exploitation du potentiel hydraulique existant dans une rivière. Cette force est apportée par le débit de la rivière et par la concentration des dénivelés existants le long de son cours, qui peuvent être naturels ou construits sous forme de barrages ou en détournant la rivière de son lit naturel pour former des réservoirs. Malgré l'utilisation d'une source d'énergie renouvelable pour produire de l'électricité, une centrale hydroélectrique a des impacts sociaux et environnementaux irréversibles dans la région où elle est installée.

Qu'est-ce qu'une centrale hydroélectrique?

La centrale hydroélectrique est un ouvrage d'ingénierie qui utilise la force de l'eau pour produire de l'électricité. Aussi connue sous le nom de centrale hydroélectrique ou centrale hydroélectrique, c'est une grande structure qui profite du mouvement des rivières pour obtenir de l'électricité. Cependant, l'installation d'une centrale hydroélectrique nécessite des travaux d'ingénierie complexes qui entraînent plusieurs impacts socio-environnementaux sur le site.

Comment fonctionne une centrale hydroélectrique?

Pour produire de l'électricité dans une centrale hydroélectrique, il est nécessaire qu'il y ait intégration entre le débit de la rivière, la différence de terrain et la quantité d'eau disponible. En bref, l'eau qui est stockée dans le réservoir est canalisée et conduite vers les grandes turbines. Le débit de cette eau fait tourner les turbines et démarrer les générateurs qui produiront l'électricité.

Ainsi, il y a transformation de l'énergie mécanique, du mouvement de l'eau, en énergie électrique. Une fois convertis en énergie électrique, les transformateurs augmentent la tension de cette énergie, lui permettant de traverser les flux de transmission et d'atteindre les établissements qui ont besoin d'énergie électrique.

Le système d'une centrale hydroélectrique se compose de:

Barrage

Le but du barrage est d'interrompre le cycle naturel de la rivière, créant un réservoir d'eau. En plus de stocker cette ressource, le réservoir crée un manque d'eau, capte l'eau dans un volume adéquat pour la production d'électricité et régule le débit des rivières en période de pluie et de sécheresse.

Système d'admission d'eau (adduction)

Ce système se compose de tunnels, de canaux et de conduits métalliques qui acheminent l'eau vers la centrale.

Centrale

C'est dans cette partie du système que se trouvent les turbines, reliées à un générateur. Cet instrument permet au mouvement des turbines de convertir l'énergie cinétique du mouvement de l'eau en énergie électrique. Il existe plusieurs types de turbines, les principales étant le pelton, le kaplan, le francis et l'ampoule. La turbine la plus appropriée pour chaque centrale hydroélectrique dépend de la hauteur de la chute et du débit de la rivière.

Canal d'échappement

Après avoir traversé les turbines, l'eau est renvoyée dans le lit naturel de la rivière par le canal d'évacuation. Le chenal d'évacuation est situé entre la centrale et la rivière et sa taille dépend de la taille de la centrale et de la rivière en question.

Déversoir

Le déversoir permet à l'eau de s'échapper si le niveau du réservoir dépasse les limites recommandées, ce qui se produit normalement pendant les périodes de pluie. Le déversoir est ouvert lorsque la production d'électricité est altérée parce que le niveau d'eau est au-dessus du niveau idéal; ou pour éviter les débordements et les inondations autour de l'usine, événements courants lors des périodes très pluvieuses.

Types de centrale hydroélectrique

Usine au fil de l'eau

Pour éviter les pertes causées par la construction de centrales hydroélectriques traditionnelles, des centrales au fil de l'eau ont été créées, une option plus durable qui n'utilise pas de grands réservoirs d'eau, réduisant la structure des barrages et la taille des inondations. Dans ce modèle, la force du courant des rivières est utilisée pour générer de l'énergie, sans avoir à stocker de l'eau.

Des usines comme Santo Antônio et Jirau, sur la rivière Madère, et Belo Monte, au Pará, ont leurs structures basées sur le concept au fil de l'eau. Même sans avoir besoin de grands réservoirs, ces usines conservent une réserve minimale pour garantir leur fonctionnement et leur stabilité.

Malgré ses avantages socio-environnementaux, la centrale au fil de l'eau réduit la sécurité énergétique du pays. En effet, en période de sécheresse prolongée, ces structures peuvent manquer d'eau pour produire de l'électricité, car leurs réservoirs de petite taille ne permettent pas de fonctionner pendant de longues périodes.

Selon les experts, une alternative pour compenser le potentiel limité de ces usines est d'investir dans des sources complémentaires. Ainsi, dans les périodes où les centrales hydroélectriques au fil de l'eau fonctionnent à faible capacité, la production d'énergie à partir de sources éoliennes ou solaires peut être utilisée, garantissant l'approvisionnement et équilibrant les impacts causés par chacune d'elles.

Installations avec réservoirs d'accumulation

Les centrales hydroélectriques avec réservoirs d'accumulation stockent l'eau et régulent son fonctionnement pour répondre à la demande énergétique. La capacité de stockage est obtenue au moyen d'un barrage situé en amont de l'usine et en fonction de sa capacité, on parle de régulation saisonnière, annuelle et hyper-annuelle.

Centrales hydroélectriques au Brésil

Le Brésil est le troisième producteur d'hydroélectricité au monde, après le Canada et les États-Unis. De plus, c'est aussi le troisième pays avec le plus grand potentiel hydraulique, derrière la Russie et la Chine. Environ 90% de l'électricité produite au Brésil provient de centrales hydroélectriques.

Il existe un peu plus de 100 centrales hydroélectriques réparties à travers le Brésil. Parmi eux, cinq se distinguent par leur capacité à produire de l'électricité:

  • Centrale hydroélectrique d'Itaipu Binacional: située sur le fleuve Paraná, couvrant une partie de l'État du Paraná et une partie du Paraguay;
  • Centrale hydroélectrique de Belo Monte: située sur la rivière Xingu, au Pará;
  • Centrale hydroélectrique de Tucuruí: située sur la rivière Tocantins, également dans l'état de Pará;
  • Centrale hydroélectrique de Jirau: située sur la rivière Madère, à Rondônia;
  • Centrale hydroélectrique de Santo Antônio: située sur la rivière Madère, également à Rondônia.

Curiosités

  • La plus grande centrale hydroélectrique du monde est l'usine des Trois Gorges, située en Chine;
  • L'American Society of Civil Engineers (ASCE) considérait l'usine d'Itaipu comme l'une des «sept merveilles du monde moderne». C'est la deuxième plus grande centrale hydroélectrique du monde et produit 20% de la demande brésilienne et 95% de la demande d'électricité paraguayenne;
  • Environ 20% de l'énergie électrique produite dans le monde provient de centrales hydroélectriques.

Impacts socio-environnementaux d'une centrale hydroélectrique

Bien que l'énergie hydroélectrique soit considérée comme une source d'énergie renouvelable, le rapport d'Aneel souligne que sa participation à la matrice électrique mondiale est faible et devient encore plus petite. Un tel désintérêt croissant serait le résultat des externalités négatives résultant de la mise en place de ces grandes entreprises, selon le rapport.

L'un des impacts négatifs de la mise en place d'une centrale hydroélectrique est le changement qu'elle entraîne dans le mode de vie des populations qui résident dans la région. Il est important de noter que ces communautés sont souvent des groupes humains identifiés comme des populations traditionnelles (peuples autochtones, quilombolas, communautés riveraines amazoniennes et autres), dont la survie dépend de l'utilisation des ressources du lieu où elles vivent, notamment des rivières, et qui ont des liens ordre culturel avec le territoire.

L'énergie produite à la centrale hydroélectrique est-elle propre?

Bien qu'elle soit considérée comme une source d'énergie propre, la production d'énergie hydroélectrique contribue à l'émission de dioxyde de carbone et de méthane, deux gaz qui intensifient le réchauffement climatique.

L'émission de dioxyde de carbone (CO2) est due à la décomposition des arbres qui restent au-dessus du niveau de l'eau dans les réservoirs, et la libération de méthane (CH4) se produit par la décomposition de la matière organique présente au fond du réservoir. À mesure que la colonne d'eau augmente, la concentration de méthane (CH4) augmente également. Lorsque l'eau atteint les turbines de l'usine, la différence de pression provoque le rejet de méthane dans l'atmosphère. Le méthane est également libéré dans le chemin de l'eau à travers le déversoir de l'usine, lorsque, en plus du changement de pression et de température, l'eau est pulvérisée en gouttes.

Le méthane n'étant pas incorporé dans les processus de photosynthèse, il est considéré comme plus nocif pour le réchauffement climatique que le dioxyde de carbone. En effet, une grande partie du dioxyde de carbone émis est neutralisée par des absorptions qui se produisent dans le réservoir.

Dommages à la faune et à la flore

Les principaux impacts de la construction d'une centrale hydroélectrique sur la faune et la flore locales sont:

  • Destruction de la végétation naturelle;
  • Envasement du lit de la rivière;
  • Effondrement des barrières;
  • Extinction des espèces de poissons, due à l'interférence dans les processus migratoires et reproductifs (piracema);
  • Acidification de l'eau lorsque la zone à utiliser pour le réservoir de l'usine n'est pas correctement nettoyée;
  • Perte de la flore et de la faune aquatiques et terrestres indigènes;
  • Occurrence d'activités sismiques dues au poids de l'eau sur le substrat rocheux sous-jacent;
  • Changements dans l'eau du réservoir liés à la température, à l'oxygénation (oxygène dissous) et au pH (occurrence d'acidification);
  • Pollution de l'eau, contamination et introduction de substances toxiques dans les réservoirs par le flux de pesticides, d'herbicides et de fongicides provenant de plantations préexistantes dans la région inondée;
  • Introduction d'espèces exotiques dans les réservoirs, en déséquilibre avec les écosystèmes du bassin versant;
  • Suppression de la forêt riveraine;
  • Augmentation de la pêche prédatrice, par les pêcheurs professionnels ou dans les activités de loisirs;
  • Mise en place d'une barrière physique qui empêche les migrations saisonnières des espèces, perturbant l'équilibre de l'écosystème;
  • Diminution de la séquestration du carbone par la végétation inondée, contribuant à augmenter l'effet de serre.

Perte de sol

Le sol de la zone inondée deviendra inutilisable à d'autres fins. Cela devient un problème central dans les régions à prédominance plate, comme la région amazonienne. Étant donné que la puissance de l'usine est donnée par la relation entre le débit de la rivière et les inégalités du terrain, si le terrain présente une faible inégalité, une plus grande quantité d'eau doit être stockée, ce qui implique une vaste zone de réservoir.

Changements dans la géométrie hydraulique de la rivière

Les rivières ont tendance à avoir un équilibre dynamique entre le débit, la vitesse moyenne de l'eau, la charge sédimentaire et la morphologie du lit. La construction de réservoirs affecte cet équilibre et, par conséquent, entraîne des changements d'ordre hydrologique et sédimentaire, non seulement sur le site du barrage, mais aussi dans les environs et dans le lit en aval du barrage.

De cette manière, la formation de réservoirs de centrales hydroélectriques atteint généralement des sols plus fertiles et des terres arables, désintégrant la population locale qui perd ses caractéristiques historiques, son identité culturelle et ses relations avec le lieu, en plus des changements dans les écosystèmes aquatiques et la destruction de la flore et de la faune. de la faune.