Hydroélectricité : ressources et « mix énergétique »

François COLLOMBAT, Chargé de mission, Division production hydraulique - EDF

1. Le potentiel hydroélectrique dans le monde
La figure ci-dessous représente les ressources hydroélectriques mondiales. On peut voir comment les différents pays ou les différentes régions ont exploité cette ressource gratuite et renouvelable.
 
La hauteur des diagrammes représente le potentiel total hydroélectrique indépendamment de la difficulté à réaliser l'ouvrage, indépendamment du coût de cet ouvrage et indépendamment aussi des caractéristiques environnementales de l'ouvrage qui des fois peuvent faire en sorte que l'ouvrage ne puisse pas être réalisé. On voit tout de suite qu’en Australie, par exemple, il y avait très peu de potentiel et que pratiquement tout est équipé. On peut donc se dire qu'en Australie on ne fera pas plus d’hydroélectricité. Si on se tourne vers l'Europe ou l'Amérique du Nord, on voit qu'on a fait plus de la moitié du potentiel. Là également il sera très difficile de faire plus parce que d'abord économiquement ça sera très peu rentable, ensuite ce sera cher à réaliser, et enfin ça pourrait mettre en péril l'environnement des rivières considérées. En revanche, on s'aperçoit qu'en Amérique du Sud, on a encore de très gros potentiels, qu’en Afrique c'est énorme, tout comme en Russie, en Chine et en Inde. L’hydroélectricité, au niveau mondial, est une ressource qu'il va falloir développer au maximum.

2. La production hydroélectrique dans le monde
Le problème est que créer un aménagement hydroélectrique est beaucoup plus cher que de faire un simple aménagement thermique. Il faut que les états en prennent conscience. La production électrique dans le monde, à l'heure actuelle, est surtout essentiellement ce qu'on appelle du thermique à flamme, avec près de 70 % (figure ci-dessous). Mais l'effet de serre produit par cette production est importante.
 
En regardant cette figure, vous vous apercevez que la deuxième production électrique mondiale est réalisée par l'hydraulique. Le nucléaire est relativement faible et on voit même que le nucléaire en proportion a diminué ces dernières années. L'hydraulique a légèrement augmenté et bien entendu les énergies renouvelables sont en train de monter puisqu'on voit +16 %. Mais ce qu'il faut bien retenir, c'est qu'il y a encore du thermique à flamme de façon énorme. C'est bien là-dessus qu'il faudra travailler, en particulier en Chine où pratiquement à l'heure actuelle, chaque mois une centrale thermique est mise en service. Quand on regarde le pourcentage d'hydroélectricité dans la production d'énergie renouvelable mondiale, on voit qu’elle est détient vraiment le record du monde puisqu'on est à 78 %, l’éolien 12 %, la biomasse, la géothermie et solaire très peu. L'hydraulique est donc importante et en plus, comme on l'a vu plus haut, elle a beaucoup de possibilités au monde.

3. Situation de la France
En France, si on identifie le fonctionnement des centrales pour produire l'électricité, on s'aperçoit qu'on a pratiquement la même part d'énergie renouvelable entre la France et l'Allemagne. La différence est qu'en France, l'énergie renouvelable est surtout faite par de l’hydraulique et qu'en Allemagne, elle est surtout réalisée par la biomasse, l’hydraulique et puis l'éolien. La grosse différence est qu'en France on a 75 % environ de nucléaire et qu'en Allemagne on a 75 % environ de charbon, de gaz et un peu de pétrole.

4. Courbe de consommation d’une journée type
Regardons maintenant la courbe de consommation d'une journée type, par exemple le 6 janvier 2015 (figure ci-dessous). Cette courbe est une courbe en temps réel. Vous pouvez consulter ce type de courbes sur le site de RTE, Réseau Transport Electricité de France. Elle est mise à jour toutes les 15 minutes.

Vous avez en violet la prévision qui a été estimée la veille, c'est-à-dire le 5 janvier. On avait estimé que par exemple, à 4 heures du matin, la consommation minimum serait de l'ordre de 63 000 MW et qu'en revanche, à 19 heures, la consommation maximum serait de 80 000 MW. Il est intéressant de regarder ce qui se passe entre 5 heures et 7 heures du matin. Vous passez d'environ 65 000 MW à 80 000 MW. Il faut donc trouver 15 000 MW en moins de 3 heures. Il faut bien se souvenir que la consommation doit être égale à la production, et que la production doit être égale à la consommation. Donc, à tout instant, la production doit suivre la consommation. Bien entendu, on ne peut pas demander aux gens de téléphoner avant d'allumer une lampe ou de démarrer leur cafetière. Tout le monde le matin fait ces gestes quotidiens, et dans un même temps, l'industrie se met en service. L'hydroélectricité va répondre à ce qu'on appelle l'effet de pointe. Sur cette courbe, on voit une autre particularité vers 12h30 : il y a un écart entre la production estimée et la consommation prévue. Cet écart entre la courbe orange et la courbe bleue doit être très rapidement annulé de telle façon à ce que la production revienne sur la consommation. L'hydraulique le fait.

5. Rôle de l’hydraulique
Une courbe similaire à la précédente a été faite en volume avec ce qu'on appelle l'empilement des moyens de production (figure ci-dessous).
 
Sur la partie basse vous avez ce qu'on appelle la production obligatoire, c'est-à-dire l'hydraulique fil de l'eau et aussi toutes les obligations d'achat que l'on a sur, par exemple, l’éolien, le solaire, la biomasse etc. Vous remarquerez que c'est une valeur assez faible par rapport à l'ensemble de la production nécessaire pour répondre la consommation. Ensuite la grosse tranche qui est pratiquement constante est ce qu'on appelle la production moyenne de base. C'est le nucléaire. Enfin, une production qui s’appelle « moyenne de semi-base » peut faire un peu de variations mais pas trop. C’est la production thermique. En France, il reste encore environ 5 % de production thermique, soit au fioul, soit au charbon. Ensuite, vous avez en bleu la production hydraulique. On peut la faire varier très rapidement grâce à l'ouverture ou à la fermeture des dispositifs qui alimentent les turbines. Grâce à cette production, qu'on appelle la production de pointe, on peut suivre exactement la consommation. Lorsque la consommation est en ultra pointe, vous le voyez sur la figure sur les deux petits volumes rouges, on met en œuvre ce qu'on appelle les STEP (les Stations de Transfert d'Energie par Pompage).

6. Les stations de transfert d’énergie par pompage
La station de transfert d'énergie par pompage est quelque chose de très particulier parce qu'elle utilise la technologie de la production hydraulique mais sans avoir besoin d'un cours d'eau naturel. Par exemple, la centrale de Revint située dans les Ardennes a 800 MW de puissance, c'est-à-dire l'équivalent pratiquement d'une tranche nucléaire. Or il n'y a pratiquement pas d’eau naturelle. En fait on a réalisé deux bassins : le bassin dit « supérieur », que vous avez sur le côté gauche, le bassin inférieur (figure ci-dessous).
 
Vous avez en couple le système de cette centrale. Sous la montagne on a créé une caverne dans laquelle on a mis les pompes qui sont d'ailleurs des pompes et des turbines. Lorsque le besoin d'électricité est faible sur le réseau, on prend l'eau du bassin inférieur et on va la monter dans le bassin supérieur. Lorsqu’on aura un besoin important d'énergie, on fera passer l'eau du bassin supérieur vers le bassin inférieur ce qui permettra de produire de l'électricité. On pourra répéter cela autant de fois que l'on veut en faisant en sorte, bien entendu, que l'on puisse remonter l'eau du bassin inférieur pendant les périodes creuses de consommation.