Dossier ENGIE
Fonctionnement d’un barrage hydroélectrique : comprendre une source d’énergie verte, locale et pilotable
Et si l’électricité que vous utilisez provenait de la force de l’eau ? En France, des milliers de barrages transforment chaque jour l’énergie hydraulique en électricité. Comment fonctionnent-ils ? Pourquoi jouent-ils un rôle si précieux dans notre quotidien ? On vous explique tout.
Résumé de l'article
- Un barrage hydroélectrique stocke de l’eau en altitude, dont l’écoulement actionne une turbine, produisant de l’électricité via un alternateur
- Cette énergie est renouvelable, locale et pilotable, avec une émission de gaz à effet de serre quasi nulle pendant son exploitation.
- Il existe différents types de barrages (poids, voûte, à contreforts) et de centrales (au fil de l’eau, de lac, STEP…) adaptés aux besoins et à la géographie.
- La France compte environ 2 500 installations hydroélectriques, représentant 14 % de la production d’électricité et la première source renouvelable du pays.
- ENGIE produit 25 % de l’hydroélectricité française grâce à 113 sites, renforçant ainsi sa contribution à la transition énergétique.
L’hydroélectricité, issue de la force motrice de l’eau, est aujourd’hui la première source d’électricité renouvelable en France.
Elle représentait quasiment 14 % de la production nationale d’électricité en 2024, selon le bilan électrique RTE. Cette technologie, discrète mais essentielle, fournit une électricité locale, pilotable, et décarbonée. Elle constitue une solution clé pour accompagner la transition énergétique, en complément d’autres sources renouvelables comme l’éolien ou le solaire.
Découvrez tout ce qu’il faut savoir sur le fonctionnement d’un barrage hydroélectrique, dans cet article ENGIE.
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Schéma général d’un barrage hydroélectrique
La retenue d’eau : stocker l’énergie naturelle
Un barrage est avant tout une grande construction qui crée une retenue d’eau en amont, souvent dans une vallée montagneuse. Ce lac de retenue permet de stocker de l’eau en hauteur, créant ainsi une énergie potentielle liée à la gravité.
L’ouverture des vannes : utiliser la puissance de l’eau
Quand les besoins en électricité augmentent, les vannes du barrage hydraulique s’ouvrent. L’eau s’engouffre alors dans de grands tuyaux inclinés, nommés conduites forcées, avec des débits importants, pour rejoindre la centrale hydroélectrique située en contrebas.
La turbine : transformer le mouvement en énergie mécanique
Sous la pression, l’eau vient frapper une turbine, la faisant tourner à grande vitesse. Une turbine est un dispositif rotatif conçu pour convertir l’énergie interne d’un fluide en énergie mécanique, au moyen d’aubes disposées sur un arbre. Cette rotation est comparable à celle des moulins à eau, mais elle est bien plus puissante et mieux contrôlée.
L’alternateur : convertir en électricité
La turbine, mise en mouvement par la force de l’eau, entraîne un alternateur. L’énergie mécanique est alors transformée en courant électrique, grâce au principe de l’induction électromagnétique.
Le saviez-vous ?
L’induction électromagnétique, c’est le principe physique qui permet de créer de l’électricité à partir d’un mouvement.
La turbine fait tourner un aimant à grande vitesse dans un bobinage de fils de cuivre. Ce mouvement crée un champ magnétique variable, ce qui provoque un courant électrique dans les fils. Ce courant est ensuite envoyé dans le réseau pour alimenter vos appareils.
Ainsi, dans un barrage hydroélectrique, c’est le mouvement seul, produit par la force de l’énergie hydraulique, qui génère l’électricité.
Injection dans le réseau : cap vers vos prises !
L’électricité produite par l’alternateur est acheminée vers un transformateur, qui l’élève à une haute tension pour qu’elle soit transmise efficacement sur de longues distances. En effet, l’électricité, quand elle parcourt des kilomètres de câbles, perd de sa puissance par frottements. C’est pourquoi la haute tension est nécessaire pour contrer ces pertes et maintenir le niveau de performance électrique.
Cette électricité est ensuite injectée dans le réseau électrique national pour alimenter les foyers, les entreprises et les collectivités.
Énergie hydroélectrique : est-ce qu’on la consomme directement ?
Votre compteur électrique, qu’il soit classique ou intelligent (comme le compteur Linky), ne distingue pas la provenance de l’électricité. Il mesure simplement ce que vous consommez. L’électricité produite par les barrages est injectée dans le réseau commun et est donc mélangée au mix énergétique français (nucléaire, gaz naturel, pétrole…).
Mais il est possible de soutenir les centrales hydroélectriques, car certaines offres vertes, comme celles d'ENGIE, sont basées sur des garanties d’origine : un mécanisme qui certifie que l’équivalent de votre consommation a été produit à partir de sources renouvelables, dont l’eau.
Les avantages de l’énergie hydraulique
Si cette énergie est la deuxième source de production électrique du pays derrière le nucléaire, c’est qu’elle présente de très nombreux avantages :
- Elle est renouvelable ! L’eau suit un cycle naturel (évaporation, pluie, ruissellement) qui se régénère en permanence
- Le fonctionnement des barrages hydroélectriques n’émet quasiment pas de gaz à effet de serre pendant leur exploitation. Leur empreinte carbone est parmi les plus faibles de toutes les sources d’électricité
- Les turbines hydrauliques sont pilotables : contrairement au solaire ou à l’éolien, l’hydroélectricité offre la possibilité de s’adapter rapidement à la demande, car un barrage peut être activé en quelques minutes
- C’est une énergie locale : les barrages sont implantés en France, souvent dans des zones de montagne et contribuent à l’autonomie énergétique des territoires
- L’énergie hydraulique est fiable et durable : avec un entretien régulier, les centrales hydroélectriques peuvent fonctionner pendant plusieurs décennies
- L’eau possède ce précieux atout d’être stockable. Elle est alors disponible sur demande pour pouvoir produire de l’électricité si nécessaire
Les différents barrages hydroélectriques
Il existe plusieurs types et caractéristiques d’aménagements :
Les centrales au fil de l’eau, dont les turbines sont activées en continu par le débit d’un cours d’eau. Leur capacité de production dépend donc de ce débit et la modulation de puissance est très faible.
Les installations de type éclusées. Elles offrent une modulation journalière ou hebdomadaire de la production, en turbinant les volumes d’eau retenus dans des petites capacités de stockage. Elles sont donc utilisées uniquement lors des pics de consommation.
Les installations nommées centrales de lac. Ce sont généralement les barrages de haute chute dont les volumes d’eau sont importants, situés à l’aval des moyennes et hautes montagnes.
Les stations de transfert d’énergie par pompage (Step), qui constituent un moyen de stocker de l’énergie électrique. Leur principe est de pomper des volumes d’eau vers un réservoir haut lorsque la consommation électrique est faible. Cette eau pourra ainsi être turbinée pendant les pics de consommation.
Les usines hydroélectriques peuvent être conçues de différentes manières.
On distingue :
- Le barrage-poids : fait en béton armé, sa structure s’appuie uniquement sur le sol. Il est caractérisé par son poids colossal, destiné à résister à la poussée de l’eau retenue. Son orientation est inclinée par rapport à la vallée et verticale par rapport au lac, permettant ainsi une répartition équilibrée sur toute la surface de la pression de l’eau. Le barrage-poids convient aux larges vallées. De faible hauteur, ce type de barrage hydraulique est l’un des plus rencontrés en France, puisque précurseur de ce type de construction.
- Le barrage-voûte : fait en béton, il s’appuie sur le sol et sur les solides parois autour. Sa forme est courbée, ce qui répartit la force de la poussée de l’eau sur les rives rocheuses. Son orientation est verticale par rapport à la vallée et inclinée par rapport à la retenue d’eau. Cette conception de barrage est particulièrement adaptée aux vallées étroites.
- Le barrage à contreforts : fait en béton armé, il comporte des contreforts triangulaires venant soutenir l’arrière du barrage, c’est-à-dire un mur plat orienté vers la retenue d’eau et résistant à sa poussée. Ces contreforts sont ancrés dans le sol de la vallée, tandis que les flancs du barrage viennent s’arrimer sur les parois rocheuses autour. Ce barrage est particulièrement léger, car il utilise bien moins de béton que les autres conceptions des centrales de lac.
Centrales hydrauliques en France : les chiffres clés
- Environ 2 500 installations hydroélectriques sont réparties sur le territoire français.
- La puissance installée dépasse 26 gigawatts (GW), ce qui place la France parmi les leaders européens.
- Les trois grandes régions hydroélectriques sont l’Auvergne-Rhône-Alpes, l’Occitanie et la Provence-Alpes-Côte d’Azur.
- ENGIE, deuxième producteur national, produit 25 % de l’hydroélectricité du pays, grâce à l’exploitation de 113 sites répartis sur le territoire, via ses deux filiales : la Compagnie nationale du Rhône (CNR) et La Société hydroélectrique du Midi (SHEM). Son savoir-faire ne se limite pas à la France puisque ENGIE est présent dans neuf pays (29 sites en Europe et 18 sites en Amérique du Sud), avec une capacité hydroélectrique installée de plus de 20 GW.
Le fonctionnement d’un barrage hydroélectrique : ce qu'il faut retenir
Un barrage stocke de l’eau pour créer une énergie potentielle.
Cette eau libérée vient faire tourner avec force une turbine qui, reliée à un alternateur, produit de l’électricité.
L’hydroélectricité est renouvelable, locale et pilotable.
L’énergie hydroélectrique est la deuxième source de production d’électricité, derrière le nucléaire, et la première source d’énergie renouvelable, en France.
Elle représente 14 % de notre production nationale d’électricité.
Les centrales hydrauliques sont essentielles pour l’équilibre et la sécurisation du réseau, ainsi que pour les enjeux de transition énergétique.
ENGIE est un acteur majeur de cette énergie en France, produisant 25 % de l’hydroélectricité française.
Pourquoi ouvre-t-on les vannes d’un barrage ?
L’ouverture des vannes d’un barrage a lieu quand il faut produire de l’électricité immédiatement pour équilibrer le réseau. Ouvrir les vannes permet de libérer l’eau stockée dans le lac de retenue pour qu’elle puisse faire tourner la turbine située en contrebas. La puissance de l’eau est utilisée pour produire de l’électricité.
Comment un barrage retient-il l’eau ?
Un barrage retient l’eau en bloquant l’écoulement naturel d’une rivière ou d’un fleuve grâce à un mur très solide, souvent en béton ou en enrochement, à travers une vallée. Ce mur forme un bouchon géant qui empêche l’eau de passer librement. Celle-ci s’accumule et forme une retenue en hauteur. Le barrage agit comme un réservoir d’eau en altitude, prêt à libérer son énergie quand on en a besoin.
Quel est le plus grand barrage du monde ?
Le barrage des Trois-Gorges, situé en Chine, dans la province du Hubei (au centre du pays), est l’installation hydroélectrique la plus puissante au monde. Avec ses 22 500 mégawatts, elle représente à elle seule 17 centrales nucléaires. Cette installation est haute de 185 mètres et longue de plus de 2 300 mètres. Sa retenue d’eau s’étend sur 600 kilomètres.
Sa mise en service a eu lieu par étape, entre 2003 et 2012. C’est un barrage-poids qui a nécessité plus de 27 millions de m2 de béton. Sa construction n’a pas eu que des effets bénéfiques puisqu’elle a engendré l’inondation de 600 km2 de terres agricoles et de forêts, l’engloutissement de villes et villages ainsi qu’un déplacement de population record de 1,8 million de personnes.
