Les barrages et l’énergie hydroélectrique –
Etude du barrage de Pareloup et du complexe du Pouget.
Ceci est le TPE que
nous avons réalisé en 2004-2005. Nous ? 3 élèves de la 1ère S
604 du lycée Bourdelle, à Montauban (82) :
- Estelle
- Alexis, connu
également sous le nom de Francis. Je vous encourage à aller visiter son site, et le site de la F.E.M.
Team (quand même mieux)
- Ivan
Ce TPE (Travaux
Personnels Encadrés) parle des barrages hydroélectriques, de l’énergie qu’ils
fournissent, de leurs enjeux et de leurs risques. Nous avons vu en détail, et
visité, le barrage de Pareloup, et les installations
du Pouget, dan l’Aveyron (12). (Le plan pour les
localiser est au début du II)
Pour plus de
renseignements, voyez la suite de cette page.
N’hésitez pas à
utiliser les informations présentes sur cette page, la plupart des textes ont
été écrit par nous.
Vous pouvez me
contacter à l’adresse suivante :
La plupart des
images utilisées proviennent du web, les sources sont
mentionnées dans la rubrique Bibliographie (tout à
la fin).
Sommaire
I - Energie hydroélectrique et consommation d’électricité
A) En France
II - Fonctionnement des barrages
B) Organisation hiérarchique dans une centrale
C) Les différents types de barrages
1- Le barrage poids
2- Le barrage contrefort
3- Le barrage voûte
4- Le barrage en matériaux meubles
D) Les différents types de turbines
1- Turbine de type centrifuge
2- Turbine de type axial
3- Turbine de type à impulsion
E) Un autre type d’utilisation de l’énergie hydraulique :
III - Etude de cas : le complexe hydroélectrique du Pouget
IV-Risques
A) Conséquences humanitaires des constructions de barrages
B) Conséquences environnementales
CONCLUSION..
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.
Mais les réserves en énergies fossiles sont limitées, 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 on ne connaît pas bien les effets des déchets radioactifs à long terme.. 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 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.
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 laissés 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 constructions dans le monde.
Quels sont donc les enjeux de l’hydroélectricité, entre ses apports pour l’Homme mais aussi ses dangers ?
Pour cela nous étudierons tout d’abord la production et les besoins en hydroélectricité, puis nous verrons le fonctionnement des barrages, ensuite nous présenterons une étude de cas d’un complexe hydroélectrique de l’Aveyron. Enfin nous analyserons les risques inhérents au barrage et leurs préventions.
I - Energie hydroélectrique et consommation d’électricité
Dans le cadre d’un réseau national de production et de distribution d’énergie électrique, on peut se demander quels sont les enjeux et les proportions que prend l’hydroélectricité. Tout d’abord, nous étudierons le cas de la France, puis nous verrons d’autres exemples dans le monde entier.
A) 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 d’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.
Prévisions de consommation et électricité réellement consommée le 24-04-2005
Ce graphique représente les prévisions (courbe bleue) et la consommation réelle d’électricité sur le territoire français en fonction de l’heure, pour la journée du 24 avril 2005
On constate bien que les prévisions diffèrent légèrement de la consommation. Il est donc 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 erronées, 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 les 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.
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.
On constate bien grâce à ce graphique que, depuis 1976, la production d’hydroélectricité est restée assez stable. Afin de répondre à la demande en constante augmentation, c’est l’énergie nucléaire qui s’est fortement développée.
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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.
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.
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.
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 construction sur le fleuve Yangtse : le barrage des Trois Gorges.
Ce barrage est un projet pharaonique, dont la construction devrait s’achever en 2009. Elle aura mobilisé 20000 ouvriers, pour ériger un barrage d’une hauteur de185m et d’une longueur de 2150m, qui retiendra l’eau d’un lac de 632km de longueur. Ce barrage devrait permettre de réguler les crues meurtrières du Yangtse, et également de participer à l’indépendance énergétique de la Chine. En effet, il devrait produire une puissance électrique égale à 18720 MW, soit environ la capacité se 10 centrales nucléaires, ce qui subviendra au besoin électrique de l'Est et du Centre de la Chine, et qui réduira de 40 à 50 millions de tonnes la consommation de charbon brûlé chaque année. Cependant, ce projet nécessite le déplacement de plusieurs millions de personnes et implique la disparition de plusieurs espèces de poissons et de plantes rares. De plus, les écologistes craignent que le lac de retenue ne devienne un véritable dépotoir où viendront s'entasser un milliard de tonnes de déchets industriels.
Un grand barrage existe aussi en Egypte : le barrage d’Assouan. Le projet a été lancé en 1952, mais n’a été réalisé que plus tard.. La construction, longue de 3600 mètres, d'une hauteur de 111 mètres et d'une largeur de 980 mètres à sa base pour 40 mètres à son sommet, a mobilisé 30.000 travailleurs. Les travaux débutèrent en 1960, l'inauguration eut lieu en 1971 mais le barrage n'entra en pleine production qu'en 1975. Il produit une puissance de 2100MW, ce qui correspond à 75%de la production totale d’hydroélectricité car il n’y a qu’un fleuve en Egypte, et le barrage d’Assouan est donc le seul barrage important. L’énergie hydraulique représente environ 20% de la production égyptienne d’électricité. Cependant, le barrage d’Assouan a d’autres objectifs. En effet, il permet tout d’abord de réguler le débit du Nil, et ainsi de ne plus craindre inondations et sècheresses. Mais ce barrage est aussi un important réservoir d’eau pour irriguer le désert égyptien, et ainsi favoriser l’agriculture.
C’est ici un autre enjeu des barrages : outre la production d’électricité, ces retenues d’eau permettent l’irrigation de cultures, notamment dans les pays tropicaux touchés par la sècheresse.
Cependant, le barrage d’Assouan a aussi des conséquences néfastes : il bloque en effet les limons et les matières fertiles charriés par le Nil. Ces limons ne se déposent donc plus dans le lit du fleuve à l’aval du barrage, ce qui provoque une accélération de l’érosion, et, pour les agriculteurs, les matériaux fertiles autrefois apportés aux cultures lors des crues ne se déposent plus, ce qui entraîne une nécessité d’utiliser des engrais et des produits chimiques.
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.
II - Fonctionnement des barrages
A) Fonctionnement général
Il faut d'abord mentionner que la fonction primaire d'un barrage est de retenir l'eau, dans son réservoir. Une fois l'eau stockée, on ouvre les vannes qui laissent passer l'eau dans des conduites forcées. Ces conduites amènent l'eau jusqu'a la centrale hydroélectrique, où l’énergie cinétique acquise par l’eau est transformée en énergie électrique, grâce à une turbine actionnée par l’eau et qui entraîne un alternateur.
Dans un barrage hydroélectrique on exploite l'énergie mécanique de l'eau. Cette énergie provient de la force de gravitation, c'est-à-dire que plus la chute d'eau aura une hauteur importante plus l'énergie mécanique sera importante. En effet, on peut considérer que l’eau stocke une énergie potentielle de pesanteur lorsqu’elle est dans la retenue. Lorsque les vannes sont ouvertes, l’eau s’engouffre dans une conduite, et l’énergie potentielle de pesanteur se transforme en énergie cinétique, car la seule force qui travaille est le poids de l’eau. Cette énergie cinétique se manifeste par la vitesse et la force de l'eau. Donc, plus l’énergie potentielle de pesanteur est importante, et plus l’énergie cinétique de l’eau au niveau de l’alternateur sera importante, donc une plus grande quantité d’électricité sera produite. L’énergie potentielle de pesanteur dépend directement de l’altitude, donc plus la différence d’altitude entre la retenue d’eau et la centrale est importante et plus la quantité d’électricité produite sera importante.
B) Organisation hiérarchique dans une centrale
Une centrale hydroélectrique est l'ensemble d'édifices humains consacrés à produire de l'énergie électrique pour sa diffusion dans le réseau électrique. Dépendant de la topologie du terrain, les ingénieurs civils détermineront la place idéale et la production d'énergie électrique qui pourra être exploité dans le terrain. Pour cette raison la taille des différentes centrales varie selon les régions du monde. Plus la centrale sera grande plus le système hydroélectrique aura des sub-stations. Il y a différents types de sub-station comme le centre de commande, le barrage hydraulique, la centrale de transformation d'énergie électrique et une zone résidentielle. Les sub-stations techniques dépendent les unes des autres lors du fonctionnement du système. Le centre de commande est l'endroit où l'information des barrages et de la centrale de transformation sont réunis pour renvoyer des ordres à celles-ci et elle supervise le bon fonctionnement des liens entre les sub-stations. Le barrage hydroélectrique obtiendra de l'énergie de l'eau et l'enverra vers la centrale de transformation d'énergie qui elle à son tour l'enverra à une ville ou peuplement.
Une centrale hydroélectrique doit être organisée
et donc possède une hiérarchie au niveau du personnel. La coordination du système
se fait par des ingénieurs qui dirigent la centrale avec des opérateurs qui
actionne le système. Ces opérateurs donnent des ordres aux différents
mécaniciens qui se chargent de la maintenance manuelle des différents
appareils. De même chaque ingénieur peut avoir sa spécialité, comme les
opérateurs et mécaniciens dépendant du budget, le personnel est choisi pour
contrôler l'usine électrique.
Le personnel doit être en constante communication car une erreur pourrait
signifier une perte de temps qui finirait par se traduire en une perte
d'argent.
C) Les différents types de barrages
1- Le barrage poids
Il utilise son propre poids pour résister à la force de l’eau retenue. De section triangulaire avec une base large très implantée dans le sol, il sollicite peu la résistance des berges. Dans certains terrains, c’est un avantage. Par contre, il utilise beaucoup de béton.
ß barrage de Castelnau Lassouts, en Aveyron
2- Le barrage contrefort
Le mur en voûte ou dalle plate qui retient l’eau, est doublé de contreforts qui transmettent la force de l’eau vers le sol. Il nécessite moins de béton pour sa construction, il doit reposer sur un sol résistant et n’est pas nécessairement dans les vallées étroites.
barrage de la Girotte, en Savoie à
3- Le barrage voûte
Il est constitué d’une coque en béton à simple ou double courbure et dont l’extérieur est situé à l’amont. Il est implanté dans des vallées assez étroites pour permettre l’appui de l’ouvrage sur les rives qui doivent être résistantes et donc très saines géologiquement. En effet, la force de pression de l’eau est transmise aux roches des parois de la vallée grâce à la forme courbe du barrage, qui peut donc être très mince.
ß barrage de Tignes, en Savoie
4- Le barrage en matériaux meubles
Il s’agit d’un barrage poids particulier, car il n’est pas réalisé en béton mais en enrochement de blocs de pierre ou en terre compactée, sans élément de liaison particulier. Il possède une base très large, et il comporte sur toute la hauteur un élément assurant l’étanchéité.
aménagement du Vieux Pré, en Meurthe-et-Moselle à
D) Les différents types de turbine
La turbine constitue le cœur de l'installation hydroélectrique, puisque le type de turbine utilisé déterminera l'aménagement d'ensemble de l'installation. La conception hydraulique d'une turbine est déterminée par le débit de l'eau ainsi que la hauteur de chute d'un emplacement particulier. La turbine doit aussi tourner à une vitesse conforme à la vitesse d'un alternateur. La conception des turbines se divise en trois catégories.
1- Turbine de type centrifuge
Les
turbines Francis
Utilisées par un fort rendement dans des chutes de 40 à 300 m. possédant des immenses réservoirs d'eau elles arrivent à développer une puissance régulière et forte qui couvre généralement les demandes d'électricité. Sa composition est une conduite en colimaçon ou bâche en spirale qui met l'eau sous pression dans les directrices (aubage) qui mettent en mouvement perpétuel la roue et l'arbre de la turbine. L'eau s'échappe ensuite au-dessous de la turbine.
2- Turbine de type axial
Les turbines à hélice ou à pas variable
(Kaplan)
Elles prennent profit des petites chutes de 15 à 30 m. Elles se trouvent au fil de l'eau et n'ont pas de réservoir. La Kaplan à la caractéristique de pouvoir être réglable lors de son fonctionnement. La roue à une forme d'hélice et on peut développer plusieurs variants pour réguler la puissance fournit et l'extraire ainsi des groupes " Bulbes " dont la technique à été développée pour l'usine marémotrice de la Rance, où l'alternateur est collé à la turbine et étanche ce qui donne un niveau d'indépendance à la turbine tel qu'elle est capable d'être totalement immergé sous l'eau.
La turbine Crossflow
Ce type de turbine est utilisé pour de débits moyens et des chutes de 200 mètres. Son nom technique est turbine à flux traversant et l'eau est attrapée à l'intérieur des augets et traverse 2 fois la roue. Cette fois ci l'injecteur de la roue est réglé par une aube rotative ouverte à l'aide d'un vérin hydraulique et fermé par un contrepoids. Les aubes sont cylindriques et profilées, et un bâti assure le positionnement des paliers de la turbine. L'une des particularités intéressante de cette turbine est quelle est divisée en 2 parties et peut donc être mise en fonctionnement séparément ou ensemble dépendants des conditions. Elle est aussi autonettoyante car le flux de l'eau peut dégager les débris accumulés.
3- Turbine de type à impulsion
Les turbines Pelton ou Banki
à impulsion radiale
Ce sont des turbines utilisées lors des hautes chutes et petits débits. Le débit des injecteurs est réglé avec le pointeau mobile de l'injecteur (comme une vanne), ensuite l'eau sort de manière cylindrique et uniforme. Elle vient immédiatement percuter des cuillères métalliques rattachées à la roue, ce sont les augets. L'eau ensuite glissera sur les côtés de la turbine.
On peut également distinguer les turbines à action (Pelton et Crossflow) des turbines à réaction. Pour les premières, la pression de l’eau à l’entrée de la turbine est égale à la pression en sortie, alors qu’on parle de turbine à réaction si la pression de l'entrée est supérieure à la pression de sortie de la roue.
E) Un autre type d’utilisation de l’énergie hydraulique : les usines marémotrices
Les barrages à retenue d’eau ne sont pas seuls à utiliser l’énergie hydraulique pour produire de l’électricité. En effet, les usines marémotrices utilisent les mouvements de l’eau induits par les marées pour faire tourner des turbines.
Usine marémotrice de la Rance
Mise en service en 1966, la première usine marémotrice du monde fut construite sur l'estuaire de la Rance, en amont de Saint-Malo. Enchâssés au cœur d'une digue de 750 m qui ferme l'estuaire, vingt-quatre alternateurs utilisent l'énergie de la marée, successivement montante et descendante, pour produire de l'électricité, fournissant ainsi plus de 500 millions de kWh par an. La digue est munie d'une écluse qui permet aux bateaux de la franchir, et la route qui la surplombe est équipée de ponts levants.
L'usine marémotrice de La Rance (en France) exploite
donc le mouvement des marées. Selon EDF, l'usine a fonctionné sans incident ni panne
majeurs pendant 160 000 heures et produit 16 milliards de kWh au prix de 18,5
centimes le kWh. Ce type d'usine restera un cas exceptionnel, car les sites
adaptés à une exploitation des marées, tels que la Baie du Mont Saint-Michel, sont rares dans le monde.
Un exemple plus concret et plus proche nous est donné par le complexe hydroélectrique du Pouget en France dans le département voisin de l’Aveyron.
LE COMPLEXE HYDROELECTRIQUE DU POUGET
Durant les séances de TPE, les mardis après-midi, nous avons pris rendez-vous à l’usine hydroélectrique du Truel afin de rencontrer un responsable et ingénieur de l’usine et ainsi récolter des informations sur ce complexe hydroélectrique. Pendant les vacances, nous y sommes allés et avons pu visiter une partie de l’usine.
Nous verrons tout d’abord la construction de ce gigantesque complexe puis nous observerons en détail l’aménagement du Pouget.
Mais voici tout d’abord la localisation de ce
barrage :
A) Construction du complexe
Tous les barrages et les usines ont été construits en même temps. La construction a débuté en 1948 et a fini en décembre 1951,elle aura duré 4 ans. Le site concerné se trouve dans l’Aveyron, au départ c’était une vaste lande sèche et herbeuse pourvue de quelques moulins, ceux-ci furent d’ailleurs détruits afin d’aménager cette surface.
Tout d’abord les bâtisseurs sont à la recherche d’une roche saine et solide pour pouvoir construire les barrages, ensuite on peut observer la cimentation du sol aux endroits concernés, il faudra en effet ½ millions de m3 de béton pour cimenter le sol qui deviendra le fond des lacs ainsi que les 27 km de galeries qui relieront les différents barrages et usines. Durant ces 4 années, il y aura eu, en moyenne, une benne de ciment versée toutes les 20 secondes sur cet impressionnant chantier. L’emplacement du lac du Pareloup fut le plus important chantier de cet aménagement.
B) Aménagement du Pouget
L’aménagement du Pouget comprend deux axes d’exploitations :
- Les ouvrages de basse chute de la rivière du Tarn.
Le sigle RN signifie retenue
normale, en fait dans le cas du barrage de la Jourdanie
l’altitude de la retenue normale du barrage est de 265,75 NGF, NGF signifiant niveau général français, c’est-à-dire
altitude par rapport au niveau de la mer (ce niveau, dont l’altitude est considérée
comme nulle, n’est en fait pas précisément le niveau de la mer, mais il
correspond au niveau de la surface d’un étang proche de Marseille.)
L’aménagement de basse chute sur le Tarn comprend donc trois barrages : celui de la Jourdanie, celui du Truel, et celui de Pinet, auxquels est associé à chacun une usine. Ces trois centrales produisent continuellement de l’électricité, afin de ne pas perturber le débit du Tarn.
- Les ouvrages de haute chute sur le plateau.
PBE signifie plus basses eaux, c’est l’altitude minimale de la retenue.
L’aménagement de haute chute sur le plateau comprend donc cinq barrages : celui de Pont de Salars, celui de Bage ( qui comprend une station de pompage, afin de pouvoir refouler de l’eau vers la retenue de Pareloup), celui du Pareloup, qui peut déverser de l’eau dans celui de Villefranche de Panat après avoir produit de l’électricité à la centrale d’Alrance et, enfin, celui de St Amans. Ils sont tous reliés par des galeries, puis la retenue de St Amans alimente la centrale hydroélectrique du Pouget grâce à deux conduites forcées, dont la longueur est voisine de 1100m et qui parcourent un dénivelé de 450m.
L’usine du Pouget est donc située dans la vallée du Tarn, ce qui la place 450m plus bas que la retenue de St Amans. Grâce à cette importante différence d’altitude, l’eau acquiert dans les conduites forcées une très forte énergie cinétique, qui se manifeste par une vitesse et un débit élevés, ce qui permet de produire beaucoup plus d’énergie électrique que si la centrale était au pied du barrage.
ßLe barrage de Pareloup
Par sa capacité de 168 hm3, le lac de Pareloup est la principale retenue d’eau du complexe du Pouget.
à Les conduites forcées allants de la retenue de St Amans à la centrale du Pouget. Elles sont en permanence remplies d’eau, même lorsque les turbines ne fonctionnent pas. Cela permet un démarrage instantané de la production d’électricité.
ßLa
centrale hydroélectrique du Pouget desservant
les barrages et usines du plateau. Elle peut produire au maximum une puissance
électrique totale de 450MW.
Elle comprend trois turbines Pelton (d’un débit de 33m3/s) et deux suréquipements, qui ont été rajoutés en 1982 suite à le hausse des cours du pétrole : une turbine Francis (64,40m3/s) et un groupe réversible qui sert de turbine et de pompe, qui permet donc de refouler de l’eau dans la retenue de St Amans.
Schéma de l’aménagement du Pouget
Les ouvrages de haute chute du complexe hydroélectrique du Pouget s’inscrivent complètement dans la logique d’ajustement instantané de la production d’électricité en fonction de la consommation. En effet, les retenues d’eau sont toutes reliées par un réseau de conduites d’eau souterraines, ce qui permet de centraliser la production d’électricité en une seule usine principale : la centrale du Pouget, qui se situe au village du Truel dans la vallée du Tarn, donc très en contrebas des retenues d’eau, ce qui permet de produire plus d’électricité grâce à l’accélération de l’eau dans les conduites forcées. La production d’électricité à la centrale du Pouget se répartit en cinq turbines de puissance différente. Ces cinq turbines sont indépendantes. Cela permet, en faisant fonctionner une ou plusieurs turbines, d’ajuster précisément la puissance électrique produite en fonction de la demande. Lorsque toutes les turbines fonctionnent ensemble, la puissance produite est environ de 450MW.
Une des particularités du complexe du Pouget est la présence d’une turbine réversible, qui peut fonctionner comme une pompe. En cas de forte sollicitation, la centrale consomme en effet beaucoup d’eau pour faire fonctionner les cinq turbines. Cette consommation fait baisser le niveau des retenues, et l’eau pourrait manquer si le besoin en électricité est de grande durée (par exemple s’il y a un froid intense sur tout le pays). Pour éviter cela, de l’eau est pompée pour être remontée et remplir la retenue. Cependant, la pompe consomme de l’électricité. C’est pour cela qu’elle ne peut être utilisée que pendant les périodes de consommation faible d’électricité, donc notamment la nuit. Pendant les heures « creuses », la pompe peut donc absorber l’électricité produite en surplus par les centrales nucléaires, qui sont maintenues en fonctionnement afin de pouvoir répondre aux pics de consommation de la journée. Cette consommation de l’électricité produite en surplus par les centrales nucléaires pendant la nuit, dans le but de produire plus d’hydroélectricité pendant les pics de consommation peut s’apparenter à un stockage de l’électricité.
Le complexe hydroélectrique du Pouget, parce qu’il peut produire instantanément de l’électricité afin de répondre à la demande pendant les pics de consommation, et aussi parce qu’il a la capacité de « stocker » l’énergie produite en surplus par les centrales nucléaires pendant la nuit, permet donc de répondre efficacement à l’impératif d’ajustement de la production d’électricité à la consommation. Cette installation, de même que les autres centrales hydroélectriques françaises qui ont un lac de retenue d’eau, a donc pour objectif de compléter les centrales nucléaires, qui produisent la grande majorité de l’électricité mais dont la production ne peut pas être ajustée précisément et rapidement à la demande.
Si ce complexe du Pouget répond aux objectifs de la politique énergétique française voire européenne, il n’échappe pas non plus aux risques qu’encourent tous les sites de productions hydroélectriques.
A) Conséquences humanitaires des constructions de barrages
Au point de vue humanitaire, les barrages sont une technique de production d’électricité qui n‘engendre aucune pollution et qui n’a aucun effet sur l’homme, même à longs termes, contrairement aux centrales thermiques et aux centrales nucléaire (il faut savoir que les centrales thermiques rejettent des oxydes d’azote, de carbone et de souffre dans l’atmosphère, quant aux centrales nucléaires, elles donnent beaucoup de déchets qu’il faudra retraiter ou enfouir sous la terre). Le seul risque qu’ont les personnes qui vivent en aval des barrages est la rupture du barrage.
Mais les barrages peuvent avoir un autre impact sur la population. En effet, lors de la construction d’un barrage, l’eau de la retenue submerge une grande surface de terres, qui peuvent être habitées. C’est pourquoi on doit parfois déplacer des villages entiers et reloger la population. C’est le cas en Chine, où le barrage des Trois Gorges, dont la retenue occupera une surface de plus de 700km2, engloutira 8 villes et 4500 villages et hameaux. Au total, 1,5 millions de personnes seront déplacés. Les habitants refusant souvent de quitter leur habitation, certains doivent être expulsés par la force.
De même, l’eau peut également submerger des monuments historiques, ce qui est dramatique d’un point de vue culturel. Pour éviter cela, certains monuments doivent être déplacés, mais ces actions de sauvegarde sont rares. On peut par exemple citer le déplacement de plusieurs temples antiques, en Égypte, qui a été effectué par la communauté internationale lors de la construction du barrage d’Assouan.
B) Conséquences environnementales
Les barrages ont comme principal avantage d’avoir une production d’électricité propre pour l’homme et pour l’environnement. On trouve cependant plusieurs problèmes engendrés par les barrages :
-Les barrages empêchent le bon déroulement de la nature et peuvent engendrer un mini-bouleversement écologique. Certains poissons (bars rayés, esturgeons, saumons, etc…) ne peuvent plus se déplacer librement au long du fleuve ou effectuer les migrations qui leurs sont vitales. En outre l’immersion des berges en amont de l’ouvrage détruit les espèces végétales et animales qui y vivent. De proche en proche, c’est l’équilibre en le fleuve et ses rives qui se trouve ainsi transformé. Par exemple, il faut savoir que le barrage Sélingué (Mali) situé sur le fleuve Niger, coupe le chemin des poissons migrateurs. Afin de préserver la faune et de respecter les migrations, de nombreuses actions sont entreprises : création et protection de zones de frayères, installation d’écluse et de passes à poissons.
-Les eaux des lacs de retenues, destinées en principe à l’irrigation, sont en réalité infertiles par suite de la sédimentation des limons et des alluvions en amont du barrage. L’exemple du barrage d’Assouan(achevé en 1965) est souvent cité à l’appui. Dans un registre identique, l’eau pompée dans les profondeurs des retenues, quand elle n’est pas trop riche en azote est presque toujours très pauvre en oxygène ammoniacal par le développement de certaines algues,.
- Dans plusieurs pays, on a remarqué que la construction de barrages a engendré l’apparition de la bilharziose (maladie parasitaire provoquée par l'infestation du corps humain par des trématodes). Ce fait a été vérifié en Côte d’Ivoire à proximité des grands barrages de Kossou et Taabo, ainsi qu’a proximité du barrage d’Assouan. Le même constat a été fait en Mauritanie, où le barrage édifié sur le fleuve Sénégal a introduit dans la région l’un des parasites de la bilharziose, ainsi que l’anophèle, le vecteur du paludisme.
Bien que les barrages permettent la production d’électricité sans causer une pollution directe, ils ont néanmoins indéniablement des conséquences néfastes sur l’environnement et le milieu naturel.
Un lâcher d’eau est l’évacuation contrôlée d'une fraction d'eau du barrage (soutien d'étiage, sécurité, production d'énergie,...).
Comme réserve énergétique de sécurité et d'adaptation aux demandes de pointe et aux défaillances imprévues du réseau, les centrales hydroélectriques sont fréquemment amenées à fonctionner, de façon immédiate (en quelques minutes) et très irrégulièrement.
Les lâchers d'eau qui en résultent entraînent des augmentations de débit et des montées de niveau d'eau qui peuvent survenir à tout moment de la journée, même par beau temps.
Ces lâchers d'eau peuvent multiplier de 10 à 100 fois le débit, et changent totalement le comportement du cours d'eau. Ils provoquent donc un courant violent, accompagné du déferlement de vagues successives. Certains îlots dont le relief est faible ou les rochers isolés peuvent être submergés. A plus long terme, on peut observer l’érosion des terrains meubles comme le sable.
Il peut donc être dangereux de se promener, de pêcher ou de pratiquer des activités nautiques à proximité des cours d’eau à l’aval d’un barrage.
La rupture d’un barrage hydroélectrique est un risque réel. En effet, si un barrage cédait, les millions de mètres cubes d’eau de la retenue seraient lâchés violemment, provoquant de très importantes inondations à l’aval du barrage.
Cela s’est déjà produit. Le 2 décembre 1959, à la suite de pluies diluviennes, le barrage de Malpasset, dans le Var, cède en provoquant une vague de 40m de haut qui déferle dans la vallée étroite en emportant tout sur son passage, avant d’inonder la ville de Fréjus. On dénombrera 423 victimes et d’importants dégâts. C’est le manque de solidité de la roche de la vallée, qui n’a pas résisté à la pression de l’eau transmise par la voûte, qui est à l’origine de la rupture.
La rupture d'un barrage, bien qu’elle soit rare, n'a rien d'exceptionnelle. Il existe des milliers d'ouvrages de ce type dans le monde et, presque chaque année, un ou deux barrages cèdent. Comme il s'agit surtout de petites retenues d'eau, ces ruptures ne provoquent que rarement des catastrophes. On estime cependant à 40000 le nombre de victimes dues à la rupture d’un barrage, dans le monde entier et depuis deux siècles.
Le type de barrage le plus fréquent est le barrage-poids. C’est aussi le type de barrage le plus dangereux. Les barrages-voûtes sont, à l’opposé, ceux où le risque d’accident est moindre. En effet, ils subissent des contraintes mécaniques moindres, car ils ne font que transmettre la force de pression de l’eau à la roche. Le risque de rupture est donc moins élevé, dans la mesure où la roche est suffisamment solide. En fait, quelle que soit la largeur du barrage, la pression exercée sur un barrage n’est en fait due qu’à sa profondeur, c’est-à-dire à la hauteur d’eau que le barrage contient, et donc, plus la hauteur d’eau et grande, plus la pression sur le barrage est grande.
On peut calculer la pression grâce à la formule : P = g x p x h
Avec : - P : pression hydrostatique
- g : accélération de la pesanteur
- p : densité du liquide
- h : profondeur
Afin de minimiser le risque de rupture, la surveillance des barrages est étroite et s’associe avec des mesures de prévention et un système d’alerte.
Tout d’abord, des normes de sécurité sont appliquées dès la construction des barrages. Depuis l’accident de Malpasset, les barrages-voûtes sont construits plus épais, donc plus résistants. En effet, même si une couche de béton très mince est suffisante pour transmettre la pression de l’eau aux roches, il est évident qu’une épaisseur plus importante améliore la résistance de la voûte, donc la sécurité de l’édifice. Le barrage de Malpasset était constitué d’une voûte très mince, ce qui explique en partie sa rupture. Depuis cet accident, des études très approfondies sur la géologie du terrain et les risques d’instabilité sont effectuées avant de construire chaque barrage. Tous sont maintenant conçus pour pouvoir résister à la crue millénale (la plus importante en 1000 ans). Avant la construction des barrages, sont analysés et pris en compte toutes les pires conditions auxquelles peut être soumis l’édifice : conditions climatiques extrêmes, risque sismique, évolution des propriétés des matériaux à long terme, stabilité des fondations, …
De plus, à l’intérieur de chaque barrage sont placés de nombreux capteurs et instruments de mesure contrôlés par ordinateur et qui peuvent détecter les moindres mouvements du barrage. En plus de cette surveillance continue par des capteurs, les barrages sont fréquemment inspectés. Par exemple, le barrage de Pareloup est surveillé tous les 15 jours. Chaque année, des spécialistes accrédités par le ministère de l’industrie procèdent à un examen approfondi. Tous les 10 ans, la partie immergée du barrage est inspectée en détail par des robots et des plongeurs. Enfin, tous les 20 ans, on procède à la vidange : la retenue d’eau est entièrement vidée, ce qui permet d’accéder à tout l’édifice pour l’examiner.
Depuis l’accident de Malpasset, de nombreux efforts ont été accomplis afin d’améliorer la sécurité des barrages, notamment par une construction plus robuste, une étude de la géologie du terrain plus approfondie et des contrôles fréquents de la solidité de l’édifice. Grâce à cette amélioration de la sécurité, le risque de rupture d’un barrage est aujourd’hui minime dans les pays développés. Cependant, des accidents continuent à se produire, et surtout dans les pays où les mesures de sécurité, de surveillance et de prévention sont plus faibles. Les rares accidents concernent surtout les petits édifices, moins rigoureusement contrôlés.
Les barrages sont des ouvrages destinés à retenir l’eau. L’eau retenue forme un lac. Elle permet de produire de l’électricité. En effet, cette eau est libérée dans une conduite forcée. Grâce à la pression et à la vitesse qu’elle acquiert, qui est d’autant plus importante qu’elle doit franchir une grande différence d’altitude, l’eau permet de faire tourner des turbines, qui actionnent des alternateurs. Ces derniers transforment l’énergie mécanique en électricité.
En France, les centrales nucléaires produisent la majorité de l’électricité (plus des ¾). Ces centrales sont longues à mettre en marche, et leur production d’électricité ne peut donc pas être ajustée précisément et rapidement. Cependant, puisque l’électricité ne peut pas être stockée, il est nécessaire d’ajuster précisément la production à la consommation. Pour cela, des prévisions de consommation sont réalisées. Mais ces prévisions ne peuvent pas être très précises. C’est pourquoi il est nécessaire de disposer de centrales très réactives permettant de produire de l’électricité immédiatement en cas de besoin imprévu. Ce sont surtout les centrales hydroélectriques qui répondent à cette nécessité (les centrales thermiques au gaz sont également très réactives, mais leur prix de revient est beaucoup plus élevé). Les centrales hydroélectriques sont donc utilisées pour produire de l’électricité de manière irrégulière, en fonction de la demande et en complément des centrales nucléaires.
Les barrages présentent également d’autres avantages. En effet, lorsqu’ils sont placés sur des grands fleuves, ils produisent régulièrement une grande quantité d’électricité et permettent donc de remplacer avantageusement des centrales nucléaires ou thermiques. De plus, les barrages permettent une plus grande maîtrise de l’eau : en effet ils évitent ou du moins réduisent le danger des crues se produisant sur les cours d’eau tumultueux qui pourraient provoquer des inondations impliquant des dégâts matériels et un nombre de victimes importants. Sous des climats secs, les barrages permettent la constitution de réservoirs d’eau dans le but d’irriguer les terres agricoles et de limiter les désastres consécutifs à des années de sècheresse.
Cependant, les barrages ont aussi des inconvénients majeurs. En effet, bien que la production d’électricité par l’utilisation de l’eau ne soit pas polluante, la construction des barrages implique un bouleversement de l’écosystème naturel du cours d’eau et de ses abords. Un barrage provoque donc la modification de la faune et de la flore à l’endroit du barrage, mais aussi dans le cours d’eau à l’aval. De plus, la retenue d’eau occupe une surface importante, ce qui peut nécessiter le déplacement et le relogement des personnes qui y habitaient avant la construction du barrage. Enfin, il ne faut pas négliger le risque de rupture du barrage.
Documents :
- Dossier pédagogique de l’usine hydroélectrique du Pouget,
- Photographies prises en sortie découverte
Encyclopédie :
- Encarta, Microsoft.
Sites Internet :
- http://www.rte-france.com/jsp/fr/courbes/courbes.jsp
- http://www.insee.fr/fr/ffc/chifcle_fiche.asp?ref_id=NATTEF11309&tab_id=324
- http://www.infrastructures.com/0700/gorges.htm
- http://www.arte-tv.com/fr/connaissance-decouverte/chine/Chine/220732,CmC=478578.html
- http://traianus.redinis.es/textos/archdams_fr.html