Introduction

Actuellement dans le monde, les êtres humains consomment de plus en plus d’énergie. En effet l’énergie est le moteur de l’ensemble de notre système de production, et par conséquent, un enjeu économique de la plus grande importance. Une partie importante de cette énergie est consommée sous forme d’électricité, en effet, il ne se passe pas un jour sans que nous n’utilisions l’énergie électrique : les appareils fonctionnant à base d’électricité sont de plus en plus nombreux. L’électricité peut être fabriquée de différentes façons. Par exemple, des centrales électriques utilisent les énergies fossiles telles le gaz, le charbon ou le pétrole. Ces centrales sont appelées centrales thermiques. L’énergie nucléaire est également utilisée, de même que les énergies renouvelables comme le vent, le soleil ou l’action de l’eau.

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Mais les réserves en énergies fossiles sont limitées et elles ont des concéquences néfastes sur l'environnement (effet de serre, pluies acides, ...), et les scientifiques s’accordent à dire qu’elles seront probablement épuisées dans quelques décennies. De plus, l’énergie nucléaire peut s’avérer particulièrement dangereuse et provoquer des accidents dramatiques (comme à Tchernobyl en 1986), et le stockage des déchets radioactifs à long terme pose problème... C’est pourquoi l’utilisation des énergies renouvelables, qui sont inépuisables et respectueuses de l’environnement, doit être développée pour être plus utilisée dans l’avenir. Actuellement en France, l’énergie hydroélectrique est l’énergie renouvelable la plus utilisée, c’est pourquoi (entre autre) que nous l’avons choisi comme sujet pour notre TPE.

Nous étudierons donc plus particulièrement les barrages de retenues d’eau, ceux-ci utilisent l’énergie mécanique de l’eau pour produire de l’électricité.

Un petit peu d'Histoire
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Le premier barrage officiellement recensé est celui du Nil, qui fut construit vers 4000 ans avant J-C, pour dévier l’eau afin de pouvoir construire la ville de Memphis. De plus, pendant l’Antiquité, plusieurs barrages bâtis en terre permirent l’irrigation de terres infertiles. Une des civilisations antiques les plus reconnues fut celle des Babyloniens qui héritèrent des Sumériens un génie civil impressionnant pour leur époque. Ensuite on a eu l’idée d’utiliser la force de l’eau d’une rivière qui entraînerait une roue ; c’était le moulin, il permettait de moudre le grain des céréales pour faire de la farine et donc de se nourrir. Peu de ces constructions ont laissé de traces à cause de l’érosion constante du globe, néanmoins nous pouvons maintenant, grâce à l’architecture et des moyens modernes, construire des édifices beaucoup moins limités ainsi nous comptons aujourd’hui plus de 35000 barrages et 1500 en construction dans le monde.

Comment les avantages l’emportent sur les inconvénients et les risques qu’engendrent les barrages hydrauliques ?

Pour cela nous étudierons tout d’abord le fonctionnement des barrages hydroélectriques, ensuite les avantages qu'ils ont en tant que source d'énergie puissante et propre, les conséquences sur l'environnement et les risques pour les populations, puis ensuite nous étudierons un barrage en particulier: le barrage de Tignes en Savoie.

Quelques repères

En France
L’électricité présente la particularité de ne pas pouvoir être stockée. Cela implique que l’énergie produite par les centrales doit être égale à l’énergie consommée. Afin de garantir cet équilibre, la consommation d’électricité fait l’objet de prévisions quotidiennes. En effet, cette consommation varie très fortement en fonction de l’heure, de la météo (car plus il fait froid et plus l’électricité sera consommée pour le chauffage), des saisons (durée de l’éclairage fourni par le soleil), et de nombreux autres paramètres. La complexité de ces prévisions explique leur relative imprécision.

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Exemple de prévison pour un jour d'hiver:
en bleu l'intervalle de prévison, en rouge la consommation
Il est nécessaire de rééquilibrer la consommation et la production. En effet, la production se base sur les prévisions de consommation, car la plupart des centrales, et notamment les centrales nucléaires qui produisent plus de 70% de l’électricité en France, nécessitent une préparation de plusieurs heures avant de pouvoir produire de l’énergie. Il est donc nécessaire, en cas de prévisions éronnées, de disposer de centrales qui peuvent être opérationnelles en quelques minutes pour produire suffisamment d’électricité afin de garantir l’équilibre entre production et consommation.

Deux types de centrales permettent de répondre à ce besoin d’instantanéité : les centrales thermiques au gaz et les centrales hydroélectriques. Les centrales hydroélectriques sont depuis longtemps privilégiées, notamment car elles produisent une électricité dont le coût de revient est beaucoup plus faible. En effet, elles utilisent l’énergie de l’eau, qui est une source d’énergie dite renouvelable, c’est-à-dire inépuisable et gratuite.

La quantité d’énergie nucléaire produite varie faiblement dans l’intervalle d’une journée : en effet, la mise en fonction ou l’arrêt d’un réacteur nucléaire sont trop longs pour pouvoir être mis en œuvre en fonction des pics de consommation de la journée. Par contre, l’énergie hydraulique est bien adaptée à cet usage. Le gaz n’est utilisé qu’en cas de consommation très importante, du fait de son prix élevé.

L’énergie hydraulique est donc, grâce à la rapidité de sa mise en œuvre, un moyen de produire de l’électricité qui répond efficacement à la nécessité d’ajustement de la consommation et de la production. Elle présente également des avantages de coût, et de respect de l’environnement car c’est une énergie renouvelable.

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Un moulin à eau qui date d'après le IXeme siècle

Cependant, en France, on estime que l’énergie hydroélectrique est déjà utilisée à son plein potentiel. Depuis plusieurs décennies, la plupart des sites naturels qui pourraient s’avérer propices à la construction de barrages importants ont été exploités. Cela explique que la production d’hydroélectricité demeure stable depuis de nombreuses années.

Le nucléaire a donc pris une place prépondérante dans la quantité d’électricité produite en France, au détriment surtout de la production thermique classique, jugée trop polluante, et surtout trop chère depuis les chocs pétroliers. La quantité d’hydroélectricité produite est stable, mais, puisque l’électricité totale produite est en augmentation, la part qu’occupe l’énergie hydraulique dans la production totale diminue.

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L’énergie hydroélectrique est donc en France un moyen efficace de répondre à la nécessité d’ajustement instantané de la production d’électricité à la consommation. Cependant, l’eau est une source d’énergie qui est déjà exploitée à son plein potentiel, et l’hydroélectricité ne peut donc pas être produite dans des quantités significativement supérieures à aujourd’hui. C’est pourquoi la construction de nouveaux barrages est impossible, et ne peut donc pas être envisagée comme un moyen de produire une plus grande quantité d’énergie renouvelable, du moins en France.

Dans le Monde
12,5% de l’électricité produite dans l’Union Européenne est d’origine hydraulique. Dans l’UE, l’utilisation de l’hydroélectricité est proche de la manière dont elle est utilisée en France : notamment pour équilibrer production et consommation d’électricité.

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Cependant, d’autres pays misent sur une production continue et importante d’électricité grâce à de grands barrages placés sur des fleuves de gros débit. Ces barrages permettent de contrôler le débit du fleuve, et donc d’éviter les crues provoquant des inondations pouvant s’avérer dangereuses. Afin de garantir un débit suffisant et régulier au fleuve en aval du barrage, l’eau doit être transformée en électricité puis relâchée régulièrement et sans interruption tout au long de l’année. C’est pourquoi ces barrages ne peuvent adapter leur production à la consommation d’électricité. Ils fournissent une puissance fixe, de même que les centrales nucléaires en France, qui doit être complétée par l’électricité fournie en fonction de la consommation par d’autres équipements. Par rapport à des centrales thermiques ou nucléaires, les grands barrages ont l’avantage d’une pollution nulle et d’un coût moindre.

Par exemple, en Chine, un immense barrage est actuellement en fin de construction sur le fleuve Yangtse (3ème fleuve plus grand du monde) : le barrage des Trois Gorges.

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Le barrage des trois gorges (images de synthèses)

Le barrage est le plus puissant du monde:
Hauteur : 185 mètres (5 mètres au-dessus du réservoir maximal)
Longueur : 2309 mètres
Puissance hydroélectrique : 18200 Mégawatts (équivalent d'environ 15 réacteurs nucléaires de puissance moyenne)
Production : 84,7 Térawattheures par an
Réservoir : 39 milliards de m3 s’étendant de Chongqing à Yichang (superficie : 650 km2)
Hauteur de chute : environ 90 mètres

En France, comme dans le monde entier, les barrages et les équipements hydroélectriques permettent donc tout d’abord de produire de l’électricité. Cette électricité peut être produite régulièrement pour remplacer les centrales thermiques classiques, et ainsi permettre de diminuer les importations en hydrocarbures et en matières fossiles (charbon), ou bien, en complément de centrales thermiques ou nucléaires, l’hydroélectricité est un moyen efficace d’ajuster instantanément la production d’électricité avec la consommation.

La construction de barrages permet également de répondre au besoin de maîtrise de l’eau. En effet, les barrages permettent de réguler le débit des fleuves tumultueux, et ainsi d’améliorer la navigation et d’éviter les catastrophes en cas de crue. De plus, et notamment dans les pays tropicaux secs, la retenue d’eau permet d’atténuer les effets d’une sécheresse et d’irriguer les terres cultivées.
Bien que l’énergie hydroélectrique soit considérée comme renouvelable, donc « propre », la construction de barrages entraîne néanmoins des conséquences néfastes : déplacement de population et modification des milieux naturels donc des écosystèmes.

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Barreg de Clenn Canyon (Arizona)


1) Fonctionnement et Caractèristiques ->


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TPE Barrages et Energie Hydroélectrique - Première S 2009 Lycée Teilhard de Chardin
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