Comment produire de l’énergie à partir de l’eau ?

L’eau, une source d’énergie renouvelable ancestrale 

Utiliser l’eau comme source d’énergie ? Une idée testée et approuvée dès l’Antiquité ! Des vestiges de roues hydrauliques de l’Empire romain montrent que cette civilisation s’est appuyée sur l’eau pour assurer son développement… 

Pendant des siècles, ces moulins à eau ont fourni une énergie mécanique inépuisable. Il faudra attendre 1882 et la première centrale hydroélectrique sur la Fox River, près d’Appleton (Wisconsin) pour transformer l’eau en électricité… H.J. Rogers, un fabricant de papier local, venait alors de s’inspirer de Thomas Edison pour créer une centrale sur l’eau. De quoi éclairer sa maison et son usine ! La première d’une longue liste de centrales hydroélectriques qui se construiront au XX^e siècle. 

Bon à savoir : Ne pas confondre énergie hydraulique et hydroélectricité ! Le premier terme définit l’énergie fournie par l’eau en mouvement (chutes d’eau, cours d’eau, marée, etc.). Convertie en électricité, l’énergie hydraulique devient alors de l’hydroélectricité. 

L’hydroélectricité dans le monde en 2024 

La Chine produit 30 % de l’hydroélectricité mondiale… devant le Brésil, les États-Unis et le Canada 

De l’eau à l’énergie : comment est-ce que le courant passe ? 

Centrale hydroélectrique, stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), hydroliennes, usines marémotrices, panneaux solaires hybrides… Voici un tour d’horizon de solutions de production d’énergie qui exploitent l’eau.  

La centrale hydroélectrique, la force gravitationnelle

Toutes les centrales hydroélectriques partagent le même mode de fonctionnement. L’eau, maintenue ou non par un barrage, descend par gravité au travers de conduites vers des roues. Selon le dénivelé de la chute et le débit d’eau, la force de l’eau fait tourner les roues, entraînant un alternateur relié à des turbines. Cette force produit de l’électricité qui sera directement envoyée dans le réseau d’électricité.  

Certaines centrales, construites en haute montagne, bénéficient d’un dénivelé très fort : un débit faible suffit alors pour produire de l’électricité. Il s’agit de centrales dites de « haute chute ». Les autres se trouvent en moyenne montagne et dans les régions de bas-relief (en « moyenne chute ») ou sur le cours de grandes rivières ou de grands fleuves (de « basse chute ») : le débit compense alors le faible dénivelé. 

La STEP, un système vertueux à double bassin 

La station de transfert d’énergie par pompage est composée de deux bassins d’eau séparés par une forte dénivellation (100 mètres, au minimum) : un circuit fermé vertueux qui s’auto-alimente. 
Pour produire de l’énergie, l’eau est relâchée depuis le bassin supérieur vers le bassin inférieur à travers une conduite forcée. Comme pour une centrale hydroélectrique, la pression de l’eau entraîne un alternateur, permettant de produire de l’électricité. Lorsqu’il y a un surplus de production électrique, cette énergie est utilisée pour réacheminer l’eau vers le bassin supérieur grâce à un système de pompage. Et ainsi de suite.  

Dans le massif de l’Anti-Atlas au Maroc, le site escarpé d’Abdelmoumen offre un environnement parfait pour ce type d’installation. Alimentée par deux bassins de 1,3 million de m³ chacun reliés par une canalisation de 5 mètres de diamètre sur 570 mètres de dénivelé, la STEP d’Abdelmoumen est l’un des leviers majeurs de production d’énergie renouvelable dans le sud du Maroc.

Les Hydroliennes, l’énergie cinétique des courants 

Les hydroliennes ressemblent aux turbines des éoliennes, à une différence près : les pâles sont mises en mouvement par la force du courant hydraulique plutôt que celle du vent. Dans les rivières ou immergées dans les profondeurs maritimes, les hydroliennes sont immergées entre 30 et 40 mètres de profondeur dans des zones de fort courant (supérieur à 4 nœuds) et peuvent délivrer plusieurs mégawatts de puissance électrique.  

En France, une seule hydrolienne produit actuellement de l’électricité. Elle est située au large de l’île d’Ouessant, à l’extrême ouest de la Bretagne. Au nord de la même région, deux autres hydroliennes sont en phase de test sur un site d’essais en mer soutenu par l’Union européenne. 

L’usine marémotrice, la marée comme moteur 

L’usine marémotrice repose non pas sur la force du courant mais sur celle de la marée dans des zones littorales de fort marnage (différence de hauteur entre le niveau d’eau de la marée haute et de la marée basse). Le fonctionnement est similaire à celle de la centrale hydroélectrique car il s’agit d’utiliser la force de la chute de l’eau entre un point A et un point B. Sont alors construits des bassins qui retiennent l’eau de mer. Les turbines de production d’énergie s’actionnent quand l’eau est relâchée vers un bassin plus bas.  

La Corée du Sud est l’un des acteurs principaux du développement de la technologie marémotrice. L’usine de Sihwa (Sihwa lake tidal power station) est actuellement la plus puissance au monde. Le leader asiatique ne s’arrête pas là, à Inchenon un projet encore plus grand est en cours et construction et les Coréens étudient également la faisabilité de nouvelles installations dans la baie de Garorim. 

La seule usine marémotrice de France est à proximité de Saint-Malo. Construite en 1966 par la Société générale d’entreprises (SGE), elle est située là où ont lieu les plus hautes marées d’Europe (jusqu’à 13,50 mètres). 

L’énergie houlomotrice, le courant issu des vagues 

Alors que plus de 70 % de la surface de la terre est recouverte par la mer ou l’océan, l’énergie des vagues ou « houlomotrice » constitue un potentiel de création d’énergie encore sous exploité. De nombreux systèmes existent, flottants ou immergés, valorisant le mouvement en surface de la vague ou celui en profondeur du courant qui la crée, mais beaucoup sont encore à un stade immature de développement. L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime une capacité d’installation de systèmes houlomoteurs de 63 GW (équivalent à plus de 60 centrales nucléaires). 

La thalassothermie, la mer comme régulateur thermique 

Du chauffage l’hiver, de la climatisation l’été : la mer s’invite dans les logements littoraux pour améliorer le confort de ses habitants. Avec la thalassothermie, l’énergie calorifique de la mer située en surface est captée et passe dans un échangeur thermique qui permet un transfert d’énergie calorifique d’un fluide à l’autre. Dans ce cas, l’eau de la mer permet de chauffer ou de refroidir un système d’eau douce du littoral. Les deux eaux ne se mélangent jamais, aucune des deux n’est polluée. Monaco assure par exemple près de 20 % de sa production énergétique par thalassothermie grâce à plus de 70 unités de production. 

Une révolution énergétique tombée du ciel 

Les panneaux solaires ont un défaut : ils ne produisent de l’électricité que lorsque les conditions d’ensoleillement sont favorables. Une problématique à laquelle entend répondre le panneau solaire pluvio-voltaïque… L’innovation n’en est qu’au stade de recherche de développement dans l’université de Soochow, à Taïwan, mais elle porte l’ambition de révolutionner le panneau solaire en proposant de capter l'énergie produite par les gouttes de pluies qui tombent sur ces installations. 

Source : 

www.statista.com  

Sources

Statista.com