Fonctionnement de l’hydroélectricité :
tout comprendre en 5 minutes
Vous le savez, l’électricité verte proposée par racine provient de cours d’eau : c’est ce que l’on appelle l’énergie hydraulique. Mais comment la force cinétique de l’eau peut-elle se muer en énergie propre ? Quelles étapes sont nécessaires ? Voici quelques éléments pour comprendre facilement le fonctionnement de l’hydroélectricité, première source d’électricité renouvelable en France.
Pourquoi l’eau peut-elle produire de l’électricité ?
Pendant des siècles, l’énergie de l’eau a été utilisée pour actionner des moulins et des roues. Avec la révolution industrielle, à la fin du XIXe siècle, l’Homme a créé à partir de ce mécanisme les premières centrales hydroélectriques destinées à produire de l’électricité.
Concrètement, plus il y a de hauteur et de débit, plus l’eau a d’énergie potentielle. Quand elle tombe, cette énergie se transforme en énergie cinétique. C’est ce mouvement qui fait tourner une turbine, puis un générateur pour créer de l’énergie électrique.
L’hydroélectricité “consomme-t-elle” de l’eau ?
Contrairement à d’autres énergies vertes comme la géothermie ou les biocarburants, l’hydroélectricité ne consomme pas d’eau : l’eau est prélevée temporairement, elle passe dans l’installation, puis elle est restituée au cours d’eau. La principale exception concerne les retenues (lacs de barrage), où il peut y avoir des pertes par évaporation et des effets sur le rythme naturel des débits.
Étape 1 : mise sous pression de l’eau
En amont, l’eau est orientée vers la centrale :
- Soit via une conduite forcée (une “grosse tuyauterie” sous pression, typique des chutes importantes),
- Soit via un canal/ouvrage plus ouvert en basse chute.
Concrètement, la hauteur de chute crée une pression sur l’eau. Plus la chute d’eau est haute, plus la pression est forte !
Les hauteurs de chutes selon le type de centrale hydroélectrique
- Centrales de lac ou de haute chute : dénivelé très fort avec une chute supérieure à 300 m.
- Centrales d’éclusées ou de moyenne chute : dénivelé fort et chute d’eau comprise entre 30 et 300 m.
- Centrales au fil de l’eau ou de basse chute : dénivelé faible avec une chute de moins de 30 m.
Ces seuils sont indicatifs, l’important étant la logique hauteur de chute/type de turbine.
Étape 2 : l’eau fait tourner la turbine
La deuxième étape se déroule dans la salle des machines. L’eau, sous pression, frappe les pales d’une turbine, qui commence à tourner. On retrouve ici la logique de la roue du moulin, qui tourne grâce au courant.
Le type de turbine dépend surtout de la hauteur de chute :
- Hautes chutes : turbines Pelton,
- Chutes moyennes : turbines Francis,
- Basses chutes / fil de l’eau : turbines Kaplan.
Le saviez-vous ?
Selon la taille et la technologie, la turbine peut tourner de quelques dizaines à environ 1 000 tours par minute.
Étape 3 : La turbine entraîne l’alternateur
Pour cette troisième étape, la turbine est fixée sur un “arbre de transmission” qui tourne à la même vitesse. Cette grosse tige métallique cylindrique, qui relie la turbine à l’alternateur, transmet le mouvement de rotation de la turbine vers l’alternateur. Un peu comme le pédalier d’un vélo !
À l’intérieur, des aimants tournent autour de bobines de cuivre. Grâce à la loi de l’induction électromagnétique (découverte par Faraday), ce mouvement crée un courant électrique dans les bobines. Sans combustion, sans pollution, juste avec la force de l’eau.
chiffre-clé
En sortie d’alternateur, la tension produite peut monter jusqu’à 20 000 volts. Un transformateur élève ensuite la tension pour le transport.
Étape 4 : L’électricité est envoyée sur le réseau
Pour limiter les pertes sur de longues distances, l’électricité passe dans un transformateur qui augmente la tension, puis elle rejoint :
- Le réseau de transport (RTE) en haute/très haute tension,
- Puis le réseau de distribution (Enedis) qui abaisse progressivement la tension jusqu’à 230 volts dans les maisons.
Sur les aménagements hydroélectriques de lacs (barrages réservoirs), l’eau est stockée en amont et lâchée si besoin. Dans les centrales d’éclusée, on turbine davantage à certaines heures pour répondre aux pics. Enfin, les centrales au fil de l’eau, comme celles que nous exploitons chez racine, produisent au rythme du débit naturel, avec pas ou peu de stockage. Dans tous ces cas de figure, le principe de transformation reste le même.
Le fonctionnement d’un barrage hydroélectrique – maxicours.com
EDF, CNR, Engie : un paysage d’acteurs lié aux fleuves
Pour la production d’électricité, beaucoup d’installations appartiennent à l’État et sont exploitées dans le cadre de concessions hydrauliques. Côté acteurs, EDF est un opérateur majeur sur le parc hydro français. La CNR (Compagnie Nationale du Rhône) exploite de nombreux ouvrages sur le Rhône et des acteurs comme Engie sont présents via des participations/sociétés et différents montages. Sur certains fleuves comme le Rhin, on trouve des aménagements exploités via des filiales et des cadres spécifiques (centrales, barrages, écluses).
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