Hydroelectricite | Dr. Goulu

Nant de Drance

Thu, 16 Jan 2014 00:00:00 +0000

J’ai eu la chance de visiter récemment le chantier d’un très gros projet hydroélectrique, “ ", en Suisse, tout près de la frontière française entre Martigny et Chamonix. Depuis 2009, des équipes de mineurs s’y relaient jour et nuit pour creuser la montagne sous deux barrages existants, et le Vieux Emosson. Ambiance :

D’abord, un de Ø 9.47m a percé un tunnel de 5.6 km depuis la vallée, en montant selon une pente de 12% jusqu’à l’emplacement de la future centrale, 400m sous terre, ou plutôt sous roche, entre les deux barrages. Bientôt, une des plus grande cavernes artificielles du monde (190 x 40 x 54 m = 410'000 m³) accueillera 6 réversibles de 150 MW chacune pour faire du en exploitant la différence d’altitude entre les deux lacs artificiels:

Coupe schématique de l’installation. Cliquer pour la vue en plan

\[2\]

La caverne est pratiquement terminée. Elle a été creusée de haut en bas : d’abord la voûte a été entièrement creusée et bétonnée, puis le sol a été dynamité couche par couche. En fait on n’utilise plus les bons vieux bâtons de dynamite, mais une pâte presque liquide produite en mélangeant deux composants stockés séparément juste avant de les injecter dans les trous de mine avec un bête tuyau. Puis on recouvre la zone avec un tapis formé de déchets de pneus attachés les uns aux autres pour empêcher les projections de cailloux. Et on fait péter ça sans prévenir, en faisant littéralement léviter le groupe de visiteurs qui se trouve à l’autre bout de la caverne ! J’ai vécu quelques explosions mémorables, de ma période “chimie amusante” à celle dans l’artillerie helvétique, mais cette détonation dans cette caverne, c’est l’apothéose !

Fête de la Sainte Barbe dans la future caverne des turbines. (Photo ALPIQ sur flickr)	Couverture de la brochure \[1\] où l’on voit les deux barrages

Deux autres réalisations extraordinaires sont les deux puits verticaux de Ø 8m et de 425m de haut qui conduiront les 2x150 m³ d’eau par seconde aux turbines. Ils sont réalisés par la méthode du “ ” : on commence par forer un puits vertical de faible diamètre jusque dans la cavité inférieure, puis on fixe au tube de forage une sorte de fraise, et on tire le tout vers le haut en faisant tourner la fraise qui agrandit le diamètre à Ø2.44 m en faisant tomber la roche excavée au bas du puits d’où elle est évacuée par le tunnel d’accès.

Phases 1 et 2 (illustration Herrenknecht \[3\] )	Phase 3 : shaft drilling jumbo (SDJ) de Ø 8m \[3\]

Enfin, une plateforme du diamètre final est progressivement descendue. je n’ai pas très bien compris comment elle fragmente la roche sous elle, mais en tout cas elle fait également tomber le matériel dans le trou déjà existant, et les ouvriers travaillant sur la plate-forme peuvent bétonner les flancs du puits au cours de la descente. Et c’est là une autre de mes surprises : pas besoin de chemiser ces conduites d’acier, le béton suffit car la roche est très compacte, et une pression d’une quarantaine de bars n’est pas si énorme à l’intérieur d’une montagne.

D’autres exploits techniques ont été réalisés dans ce chantier, comme la dépose des prises d’eau au fond du lac d’Emosson

\[4, 5\]

. Une autre est la surélévation du barrage du Vieux Emosson de 20m pour augmenter le volume du lac, qui correspond à de l’ , de 11.2 millions de m³ à 24.6 millions de m³. Ce qui est étonnant, c’est qu’on transforme un barrage “poids-voûte” de 1955 en barrage “voûte” de 2014, nettement plus élevé , sans avoir besoin de renforcer la base, comme on le voit sur la figure ci-contre

\[6\]

Chantier du Nouveau Vieux Emosson (Photo Goulu sur Flickr)

Cette partie du chantier était stoppée pour l’hiver mais néanmoins spectaculaire, avec ses énormes blocs de béton (non armé, le fer ne sert à rien dans un barrage) et la grue, capable de soulever 11 tonnes au bout de sa flèche de 80 m.

Une fois tout ceci terminé, Nant de Drance pourra absorber 900 MW de par des centaines d’éoliennes et la restituer quand vous en aurez besoin. Quand vous allumez la lumière, ayez une petite pensée pour ces centaines de mineurs et ouvriers qui travaillent dans l’ombre, les gaz et la poussière pour que clic! ça marche … Et si vous passez dans la région, venez admirer ces réalisations, la vue sur le Mont-Blanc et les . Un tel triopack, c’est rare !

Merci à Philippe, Jacky et Kari d’avoir rendu cette visite possible et mémorable.

Documents

“ ” sur hydrelect.info
, Tunnel Talk, Herrenknecht News, Sept 2013
Gérard Seingre, “ ”, Tunnels et Espace Souterrain - n°220 - Juillet/Août 2010 (avec chiffres du projet initial)
Gérard Seingre, “ ”, infra, 2011
Olivier Vallotton “ ", Wasser Energie Luft No 104/3, 2011
“ ”, Brochure Implenia.

Comment stocker l'énergie

Sat, 06 Oct 2012 00:00:00 +0000

Claude me demande pourquoi on ne stockerait pas la surproduction éolienne avec des volants d’inertie. Lui répondre me permet de terminer un vieux brouillon sur le stockage d’énergie en utilisant un autre brouillon sur la voiture électrique comme introduction.

Jamais contente

la "Jamais Contente"

La première voiture à avoir atteint la stupéfiante vitesse de 100 km/h était une voiture électrique, la “ ”, et c’était en 1899. De nos jours, la “ ” de 400 chevaux. Mais pourquoi donc nos routes ne sont-elles toujours pas envahies de voitures électriques ?

La réponse est pour beaucoup liée à la faible des batteries. Les meilleures batteries actuelles (Lithium-Ion) sont capables de stocker environ un quart de kilowattheure par kilogramme de batteries. C’est 8 fois mieux que les bonnes vieilles batteries au plomb, mais c’est 67 fois moins que l’énergie contenue dans 1 kg d’essence.

Même si le moteur de votre voiture ne parvient à transformer qu’un tiers* de cette énergie en mouvement, un réservoir d’essence reste au moins 20x plus léger qu’une bonne batterie équivalente. Donc un réservoir de 40 litres d’essence (~ 30 kg) correspond à environ 600 kg de batteries. Et même si un moteur électrique est sensiblement plus petit qu’un moteur à combustion de la même puissance, les batteries restent un handicap de poids pour un véhicule.

Evidemment, on peut réduire la taille de la batterie en récupérant l’énergie cinétique d’un véhicule à la descente, ou au freinage. Mais là se pose un autre problème : la de charge ou décharge des batteries est également limitée.. Il faut par exemple 3.5 heures pour recharger complètement le de mes rêves, ce qui nécessite une alimentation électrique d’une puissance de 4.8 kW. Or comme je l’avais calculé , une voiture qui ralentit de 36km/h à 0 en 5 secondes produit une puissance de 26 kW. C’est pour cela que les voitures hybrides comme la n’utilisent pas des batteries Li-ion, mais plutôt des de densité énergétique inférieure, mais permettant des courants de charge/décharge plus élevés.

Alors on stocke l’énergie, ou la puissance ?

La “Jamais Contente” avait un nom prédestiné pour une voiture électrique : il n’existe pas de technologie de stockage ayant à la fois une forte et une forte “densité de puissance”, qu’on appelle plutôt . On voit ceci et bien d’autres choses intéressantes dans le graphique ci-dessous , qui classe différentes technologies de stockage d’énergie selon leur puissance nominale (horizontalement) et le temps pendant lequel cette puissance nominale est disponible en décharge (verticalement)**. Evidemment, on peut décharger un système plus lentement en en tirant une puissance inférieure, mais ça ne change rien à l’énergie stockable, donnée par le produit des deux axes.

Remarquez comme les diverses technologies forment des bandes horizontales : la puissance et l’énergie stockée par un système augmentent linéairement avec sa taille, donc le temps donné par le rapport énergie/puissance ne varie pas : il y a des technologies “rapides” capables d’absorber et de restituer des pics de puissance (en bas du dessin) et d’autres “lentes” capables de stocker plus d’énergie par unité de volume (en haut).

Les systèmes adaptés aux véhicules sont sur la gauche du graphique, entre 1 et 10 kW pour les scooters et entre 10 et 100 kW pour les voitures. Remarquez aussi que les bonnes vieilles sont situées entre les batteries Li-ion de la Tesla et les NiMH de la Prius. Elles sont lourdes, mais bon marché : si on calculait la densité d’énergie par dollar ou Euro investi (pas trouvé = à faire…), elles auraient probablement encore leur mot à dire…

Au dessus des batteries Li-ion, on trouve deux technologies en développement, pas encore commercialisées à ma connaissance:

Les “ultra-batteries” comme celles au . L’énergie électrique y est stockée directement dans la structure du matériau comme dans une supercap, mais avec une densité d’énergie bien supérieure.
Les “batteries métal-air”. Les (le étant un métal ) sont les plus prometteuses, avec une densité d’énergie environ 10x plus élevée que le Li-ion. Avec de telles batteries, une voiture électrique atteindrait une autonomie comparable à une voiture à essence. Mais sauf progrès inattendu, il faudra toujours des heures pour la recharger.

Au dessous de tous ces types de batteries, on trouve des technologies encore mieux adaptées au stockage de puissance : les supercaps et les volants d’inertie pour les véhicules.

Du Gyrobus au Tokamak

L’ d’un volant d’inertie vaut E=½.J.ω² où ω est la vitesse angulaire et J le du volant, qui augmente comme le carré du rayon. Pour stocker beaucoup d’énergie, il faut donc faire tourner le plus vite possible un volant du plus grand diamètre possible. Mais il y a deux hics:

Le premier est que la vitesse périphérique du volant atteint la vitesse du son plus vite qu’on ne pense : un volant d'1 m de diamètre ( π m de circonférence) devient supersonique à 100 tours/s, soit 6000 tours/minute déjà.
Le second c’est la résistance mécanique du volant sous l’effet de la force centrifuge. Comme on le voit dans , un volant en acier bien dense éclate avant d’atteindre la vitesse du son. On ne gagne rien à utiliser du titane, plus résistant mais plus léger. Pour atteindre des densités d’énergie comparables à de bonnes batteries, il faut réaliser des volants en fibre de carbone ou de kevlar, tournant sous vide d’air…

La raison pour laquelle le légendaire stockait son énergie dans un volant d’inertie de 1.5 tonnes plutôt que dans une masse équivalente de batteries au plomb tient à la petite phrase “La recharge du volant prenait de 30 secondes à 3 minutes” : les volants d’inertie stockent plutôt de la puissance que de l’énergie. Si on envisage de les utiliser dans les éoliennes c’est pour lisser l’effet de rafales de vent espacées de quelques minutes, pas pour stocker une tempête nocturne pour un lendemain calme.

Une fois , les volants d’inertie pourraient jouer un rôle important dans les centrales à fusion thermonucléaire en stockant une partie de l’énergie produite pendant les courtes réactions de fusion pour alimenter les aimants et réchauffer le plasma entre deux réactions. Avec un rotor de quelques dizaines de mètres de long et quelques dizaines de tonnes, on peut stocker puis restituer 100 MW pendant 10 secondes. Tout ça pour stocker environ 70 KWh d’électricité, l’équivalent de quelques jours de votre consommation personnelle.

Génératrice à inertie du Tokamak CRPP-EPFL. (Cliquer pour plus d’infos)

Panoramix, il nous faut de la potion magique…

Si vous rêvez d’être autonome en électricité avec votre petite éolienne personnelle ou vos quelques m² de panneaux solaires, il vous suffira de stocker quelques dizaines de kWh pour les nuits ou les jours sans vent. Vous aurez besoin d’une capacité de stockage assez similaire à celle d’une voiture électrique, et quelques centaines de kg de batteries feront l’affaire. Vous pourriez être tentés d’utiliser votre voiture électrique comme stockage, mais le hic c’est que votre maison doit stocker de l’énergie pour le soir alors que votre . Pas de bol : il vous faudra donc 2 batteries.

Si vous êtes une petite ville isolée comme Fairbanks en Alaska, il vous faut la plus grosse batterie du monde pour fournir 40 MW à vos 12'000 habitants en cas de défaillance de votre centrale thermique. Enfin, pendant 7 minutes seulement, le temps de démarrer les groupes de secours, parce qu’à Fairbanks, ils ne sont pas écolos. Et aussi parce que leurs 1300 tonnes de batteries NiCd ne stockent que 5 MWh.

Donc si votre village d’irréductibles possède une vraie éolienne d’ 1MW ou plus, et/ou des hectares de panneaux solaires, et que vous voulez tenir quelques jours sans vent, il vous faut la même batterie que Fairbanks. Ou quelque chose de mieux, parce que si vous faites le calcul, la densité d’énergie de leur batterie n’est que de 4 Wh/kg, que le et que le lithium, il n’y en aura pas assez pour tous les écolos du monde.

D’autres types de batteries sont actuellement en développement comme la (NaS) ou les type “Zebra”, mais la voie la plus prometteuse me semble être les “batteries à flux redox” (" " en anglais). Ces sont des sortes de réversibles qui fonctionnent avec diverses soupes d’électrolytes bizarres comme le de ou du zinc/ .

Schéma d’une batterie à flux redox au Vanadium, avec arrière plan révélateur

La densité d’énergie de ces systèmes n’est pas vraiment plus élevée que celles de batteries Li-ion, donc on parle toujours d’installations de centaines de tonnes. Leur avantage est que la puissance est stockée/fournie par un élément relativement petit, alors que l’énergie stockable peut être augmentée à volonté en augmentant simplement le volume des réservoirs d’électrolytes. Ceci permet de réduire le coût de ces solutions par rapport à un wagon train de batteries plus classiques.

Je ne vois pas d’autre solution économique et utilisable à cette échelle actuellement ou dans un futur proche, mais dans un futur plus lointain, on pourrait imaginer utiliser le (SMES en anglais). L’idée est de faire tourner du courant électrique en circuit fermé dans un anneau supraconducteur. Ceci crée un champ magnétique extrêmement fort, autour de 20 duquel on peut ensuite retirer l’énergie par induction. Lorsqu’on sait que le champ magnétique terrestre est environ un million de fois moins puissant, on comprend que les pièces métalliques ne sont pas bienvenues à proximité d’un SMES, qui pose une quantité de problèmes technologiques intéressants. Les installations de labo actuelles sont plutôt orientées “puissance”, mais on pourrait imaginer des SMES de quelques dizaines de kilomètres de diamètre pour le stockage d’énergie .

Mais sur le graphique on constate un gros trou qui sépare toutes ces “petites” solutions de celles déjà utilisées aujourd’hui dans la production d’énergie centralisée.

Big is beautiful

Il existe en effet déjà trois systèmes de stockage adaptés aux centaines de MWh, voire de GWh. Commençons par les deux les moins connus :

Le stockage thermique dans le sel fondu est particulièrement adapté aux . Par exemple en Espagne peut stocker 1GWh, soit l’équivalent de 7h30 de production de la centrale à pleine puissance en chauffant 28'500 tonnes de sels à 400 °C, soit une densité d’énergie de 35 Wh/kg (0.126 MJ/kg), comparable à celles de batteries au plomb.
Le stockage d’énergie à air comprimé ( ). Là encore, la densité d’énergie volumique de l’air comprimé à 300 bars est comparable à celle des batteries, mais deux difficultés apparaissent. D’abord, les compresseurs et moteurs à air doivent tenir compte de la thermodynamique. En comprimant un gaz il s’échauffe, et il refroidit lorsqu’il se détend. Il faut récupérer cette composante thermique de l’énergie pour obtenir des rendements acceptables. D’autre part, construire des réservoirs de grandes dimensions pour de l’air à haute pression n’est pas une petite affaire. Ces deux obstacles hypothèquent la , mais en grand, ça peut marcher. Des installations pilotes comme ADELE en Allemagne arrivent à stocker 350 MWh en comprimant de l’air dans des cavernes et atteignent des rendements de 70% en récupérant la chaleur produite lors de la compression.

Et enfin le “stockage hydraulique gravitaire” réalisé par de nombreuses installations que les français appellent . En Suisse, ça veut dire STation d’EPuration, alors on préfère les appeler “stations de ”.

L’ d’une masse m élevée d’une hauteur h est de E=m.g.h Joules, où g=9.81 que j’arrondis à 10. Pour stocker 1 kWh = 3.6 MJ, il faut donc élever 3'600 litres d’eau de 100m. Ou 360 litres de 1000m. Donc une montagne, c’est mieux qu’une colline. Et un grand lac aussi parce que pour stocker 1GWh il faut un million de fois plus d’eau. Et stocker une puissance de 1GW, ça veut dire pomper 1000 m³ d’eau par seconde à 10 bars, ou 100 m³ d’eau par seconde à 100 bars. Impressionnant, mais on sait faire depuis assez longtemps. Jusqu’ici, ça nécessitait des pompes spéciales, distinctes des turbines, mais l’arrivée des imprévisibles éoliennes motive la recherche de turbines réversibles, capables de passer du mode turbinage au mode pompage en quelques minutes, comme la turbine de l’EPFL ***.

le site "Nant de Drance" à la frontière franco-suisse près de Chamonix. Une STEP souterraine de 900 MW y est en construction pour exploiter les 250m de différence de niveau entre les deux barrages. Cliquer pour plus d’infos

D’après il existe actuellement au moins 50 “STEPs” d’une puissance de plus de 1 GW dans le monde, dont le en France, celui de en Suisse et même la en Belgique (rien au Québec ?) Avec de nombreuses autres installations de puissance inférieure, la capacité de stockage hydraulique représente au niveau mondial une puissance de 100 GW et une énergie que, fautes de données j’évalue à X TWh en multipliant les 100 GWh par X dizaines d’heures.

Ca parait beaucoup comme ça, mais même pour X=3 ça ne représente pas un millième de la renouvelable mondiale, qui elle-même ne représente que 18 % de la production d’électricité totale.

J’ai lu quelque part (je ne retrouve plus où) que toutes les batteries du monde (démarreurs de voitures + téléphone et ordinateurs portables, toutes) stockent 4 minutes de la production mondiale d’électricité. D’après les calculs ci-dessus, toutes les STEP du monde stockent environ 1.5 heures de production mondiale.

C’est assez tant que des centrales thermiques produisent l’énergie “ ”, mais si on remplace ces sources d’énergie fiables et régulières par des , qu’on tient à l’ “indépendance énergétique” et que de plus on ne veuille pas créer de nouvelles lignes de transport qui permettraient de lisser la production et la consommation à l’échelle du continent, il va falloir augmenter énormément la capacité de stockage. Tellement qu’on se sait pas le faire. Il faudra faire des compromis. Ou regarder une fois encore les 3 premières lignes du avant de …

Notes:

* Avant de pester contre le mauvais rendement des moteurs thermiques, rappelez-vous que la chaleur réchauffe “gratis” l’habitacle et dégivre les vitres en hiver…
** Le temps de charge est environ égal au temps de décharge, sauf pour les batteries, plus lentes à charger qu’à décharger.
*** Une chose m’a frappé en écrivant cet article : la “puissance des liquides”. Carburants, flux redox ou eau alpine, les liquides permettent des solutions “scalables” sur toute la gamme de puissances…Ils sont faciles à stocker, à pomper et à utiliser. D’ailleurs, après ce méga article, je prendrais bien une bière.

Références

" ", Report, American Physical Society (excellente référence, très complète)
Christopher Mims “ ", Technology Review., 2010
Gabriel-Octavian Cimuca, ”, Thèse de doctorat, ENSAM, 2005
Edmund Conway “ ”, The Telegraph, 23 August 2003
sur BigNextFuture ( )
brochure \[pdf\]
François Avellan “ ”, bulletin electrosuisse 2/2012

Autres sources

Jean-Marc Jancovici, “ ” sur Manicore.com
“ ” ADEME
Davide Castelvecchi, “ ”, Scientific American, Février 2012
Axel Strang, Louis Sanchez, Franck Delplace “L’industrie des énergies décarbonées en 2010 Chap 11: ", Direction Générale de l’Energie et du Climat

Séismes et énergies

Wed, 16 Mar 2011 00:00:00 +0000

L’ est tellement démodée que seuls les journalistes l’utilisent encore. Datant de 1935, c’est une mesure de l’amplitude du mouvement provoqué par un tremblement de terre tel que mesuré par un sismographe. Mais elle survit car elle a pu être rebaptisée en 1979 en la reliant d’une part au , une notion liée à un modèle de rupture des roches, et d’autre part à l’énergie dégagée par le phénomène :

Description :	Magnitude :	Energie \[J\]:	Fréquence :
Très mineur	2	6,31.107	1000 par jour
Mineur	3	1,99.109	49000 par an
Léger	4	6,31.1010	6200 par an
Modéré	5	1,99.1012	800 par an
Fort	6	6,31.1013	120 par an
Majeur	7	1,99.1015	18 par an
Important	8	6,31.1016	1 par an
Exceptionnel	9	1,99.1018	1 tous les 20 ans

L’échelle est logarithmique : une augmentation de 1 de la magnitude correspond à une multiplication par 10 de l’amplitude du mouvement, et par environ 30 (√1000 pour être précis) de l’énergie dégagée.

Le séisme de magnitude 9 a dégagé au moins d’une bonne dizaine de , soit environ 600 mégatonnes de TNT, ou encore de la consommation annuelle d’électricité de la France, mais peut être beaucoup plus car sa durée a été exceptionnellement longue.

Mieux vaut donc se trouver le plus loin possible de l’épicentre d’un tel phénomène car l’intensité (à ne pas confondre avec la magnitude définie ci-dessus) décroit rapidement avec la distance, et dépend donc de l’endroit où on se trouve. L’intensité se mesure avec l’ (MSK), qui décrit le niveau des destructions provoqué, et que l’on note en chiffres romains pour la distinguer de l’échelle de magnitude à laquelle elle ressemble trop.

Comme on le voit sur cette carte, le terrible séisme au large du Japon n’a causé “que” une intensité de VII à VIII dans la région de Sendai, peut-être de IX localement sur l’avancée de terre la plus proche de l’épicentre, zone où Murphy avait précisément construit des centrales nucléaires…

Je me permets d’écrire “que VII à VIII” car Kobe avait été détruite par une par un épicentré directement sous la ville, une . Dans la région de Sendai, le tremblement de terre n’a pas causé directement les destructions, les morts et la catastrophe nucléaire en cours. C’est bien le tsunami qui en est très largement responsable.

Les destructions lors d’un séisme sont essentiellement dues à l’accélération du sol a en cm/s², qui est liée à l’intensité Imsk par la relation log a = 0.26 Imsk + 0.19 . Une intensité supérieure à IX provoque des accélérations supérieures à 1 G dans n’importe quelle direction, ce qui est certainement spectaculaire mais ne génère en définitive que des forces doubles de celles causées par la gravité dans l’axe vertical, et des forces horizontales du même ordre de grandeur. Il ne me semble pas trop difficile de construire une grosse cuve d’acier maintenue dans un cube de béton capable de supporter ça, et c’est très probablement ce qu’on fait les japonais pour leurs réacteurs nucléaires, et il n’y a pas de raison de se priver de faire la même chose partout ailleurs.

Par contre pour un barrage, c’est plus compliqué car les grandes structures peuvent vibrer et se mettre en résonance avec les (basses) fréquences des mouvements du sol, en plus de phénomènes hydrologiques et géologiques propres au site de l’ouvrage. Et qui dit barrage plus costaud dit plus de béton (souvent barrage poids plutôt que voûte), et donc barrage plus cher…

En Suisse, un document spécifie que les grands barrages doivent supporter un séisme dont la probabilité d’apparition est de 1/10'000 par an, donnée par la carte suivante :

Intensité MSK d’un tremblement de terre de probabilité 1% par siècle en Suisse

Comme le voient ceux qui connaissent la géographie helvétique, les barrages alpins sont tous situés dans la zone pouvant subir une intensité VIII ou plus, et quelques très grands barrages comme la ou sont en zone IX. Ces ouvrages auraient donc résisté de justesse à la récente secousse japonaise, mais pas à Kobe ou Haïti.

Une risque de 1/10'000 par an peut paraître faible, mais ça signifie que la probabilité d’en subir un plus élevé est inférieure à 1% par siècle, donc non négligeable quand on a plusieurs barrages qui vont durer plus d’un siècle. Que se passerait-il si lorsque l’un d’eux cédaitera ?

Le barrage du étant un barrage voûte, il céderait très rapidement en cas de défaillance structurelle, libérant jusqu’à 200 millions de m3 d’eau dans la vallée du Rhône située 1500 m plus bas. Energie potentielle dégagée par une telle catastrophe : 3.1015 Joules, soit environ 1 mégatonne de TNT sous la forme d’une vague de plus de 10m qui balaierait une zone habitée par environ 100'000 personnes. Un tsunami artificiel…

Références

Georges R. Darbre, et al. “Sécurité des ouvrages d’accumulation. Documentation de base pour la vérification des ouvrages d’accumulation aux séismes”, 2003, BFE (BWG) ( )

Potentiel hydroélectrique

Sat, 06 Sep 2008 00:00:00 +0000

En Suisse, les barrages alpins construits au milieu du siècle passé produisent 60% de l’électricité. En France, ce n’est “que” 14%, mais c’était plus de 50% dans les années 1950. L’opinion générale est que le potentiel hydroélectrique a été utilisé, donc qu’il faut désormais tabler sur les “nouvelles énergies renouvelables” que sont le solaire et l’éolien, ce qui sous-entend que l’hydraulique en est une vieille, dépassée. Est-ce juste ?

Selon un rapport récent du MINEFI

\[2\]

, la France n’exploite que 70 TWh de son potentiel de 98TWh et pourrait produire 23TWh de plus simplement en développant ses installations existantes, en encore 5TWh avec de mini turbines qui produisent de l’électricité plus chère (mais on pourquoi pas ceux à eau ? ) Pour quelques milliards, EDF pourrait donc accroitre de 5% la part d’hydroélectricité, qui offre donc un potentiel supérieur à l’éolien (2% environ) à un cout moindre.

Le barrage d’Emosson, à la frontière franco-suisse. Il appartient en partie à EDF et en partie au CFF, les chemins de fers suisses, et sert de base à la future installation de turbinage-pompage "Nant de Drance"

Une énergie modulable

De plus, l’hydroélectricité a deux avantage décisifs sur toutes les sources d’énergie électrique disponibles actuellement :

on peut mettre en service en 3 minutes chrono une turbine électrique au moment où la consommation d’énergie augmente (elle varie typiquement de 30% en fonction des heures de la journée). Il faut 11h pour une centrale thermique et 40h pour une tranche nucléaire \[1\]. La production solaire suit par chance grosso-modo la variation de la demande, quand il y a du soleil (ce qui fait qu’il est aberrant de vouloir produire de l’hydrogène par électrolyse avec du courant solaire). Et les éoliennes, elles marchent quand ça souffle…
c’est actuellement le seul moyen de stocker de grosses quantités d’énergie. Quand les centrales nucléaires et thermiques produisent trop d’électricité, ce qui arrive toutes les nuits, la seule chose que l’on puisse faire aujourd’hui est de pomper de l’eau dans les barrages pour la turbiner le lendemain. Le rendement énergétique d’un cycle est très bon, proche de 80% pour des installations récentes, et le rendement économique est fantastique : le kWh acheté 4 centimes la nuit peut parfois être revendu plus d’un franc 12 heures plus tard ! Un placement à 2500% par jour, en liquide, ça vous dirait ?

L’hydroélectricité n’est dont pas une alternative parmi d’autres : c’est un élément indispensable pour un approvisionnement en électricité optimisé, et son potentiel n’est pas épuisé, loin s’en faut.

Une énergie concentrée + un rendement élevé

L’eau de pluie est collectée naturellement dans les bassins versants et concentrée dans des cours d’eau que l’on peut exploiter de deux façons :

en altitude, on la capte à l’aide de barrages dans des conduites forcées et on l’injecter sous haute pression après une chute de l’ordre de 1000m sur une , une antique turbine conçue en 1879 (oui, plus d’un siècle)
sur les fleuves, de petits barrages font tomber des masses d’eau de quelques mètres sur des , inventées aussi au XIXème siècle.

Voici les caractéristiques de ces antiquités comparées à une éolienne et à des cellule photovoltaïques du 21ème siècle, pour ne pas dire du futur (il m’arrive de douter légèrement du progrès, pas vous ? ) :

	Pelton	Francis	Eolienne	Photovoltaïque
diamètre	1-3m	1-10m	80m	144m (16'000 m2)
rendement	90%	80 - 95%	max 59% ( )	10-40%
puissance	60-400 MW	1 - 100 MW	2 MW	2 MW

Ces chiffres montrent qu’un tout petit potentiel hydroélectrique est équivalent à un énorme potentiel éolien ou solaire grâce à l’effet d’entonnoir naturel décrit plus haut, et à la densité de l’eau.

Conclusion:

L’hydroélectricité produit 90% de l’énergie renouvelable de la planète et reste une technologie très compétitive et efficace. Construire des barrages est un travail de titan, avec des retombées humaines et écologiques non négligeables comme on l’a vu d’ aux , mais il n’existe pas d’autre moyen de produire de l’électricité de façon aussi propre, flexible et efficace.

Le potentiel de cette source d’énergie est très important dans de nombreux pays en développement, notamment en Afrique, où il peut fournir de l’électricité à un prix très bas comparé au solaire qu’on voudrait leur fourguer sous prétexte que là bas il y a du soleil.

Dans les pays industrialisés, les sites facilement exploitables ont été exploités pendant près de 50 ans. Maintenant, avec les techniques modernes, les barrages peuvent être agrandis, l’eau captée dans des bassins secondaires, et le stockage par turbinage-pompage permet maintenant de rentabiliser des investissements qui ne se justifiaient pas il y a quelques années.

Avant de subventionner les énergies diluées que sont l’éolien et le solaire, nous devons exploiter au mieux toute l’eau disponible, la seule source d’énergie à la fois propre, flexible et bon marché.

Sources:

“ ”, Actu-Environnement.com - 17/01/2007
. Mars 2006
un site très complet sur l’électricité, et la production et consommation en Suisse en particulier.

Les énergies renouvelables en Suisse

Tue, 25 Jan 2005 00:00:00 +0000

Des articles et reportages récents prétendent que la Suisse a “perdu son avance” dans le domaine des énergies renouvelables. Or la Suisse est depuis longtemps un champion de hydro-électricité qui produit 60% de l’électricité du pays !

Qu’est-ce que l’énergie “renouvelable” ?

Les medias suisses ne mentionnent souvent que le solaire, l’éolien, la biomasse et éventuellement la géothermie dans cette catégorie.

Partout ailleurs dans le monde, l’énergie hydroélectrique est considérée a juste titre comme renouvelable, puisqu’elle n’épuise aucune ressource naturelle. En fait, tout comme le solaire ou l’éolien, elle capte une part de l’énergie solaire, par l’intermédiaire des phénomènes météorologiques créant les précipitations sur nos Alpes.

En fait, l’énergie hydroélectrique représente 90% des énergies renouvelables de la planète ! Comme 20% de l’énergie mondiale provient de sources renouvelables actuellement, l’hydro-électricité représente environ 18% de la production mondiale d’énergie, et le solaire+éolien+autres, 2% au total.

la Suisse “en avance” ou pas ?

Avec moins de 1% de solaire+éolien, la Suisse est effectivement à la moitié de la moyenne mondiale, loin derrière les pays à soleil et à vent. Mais avec son eau, qui produit 60% de son électricité, elle est au triple de la moyenne mondiale de l’énergie renouvelable, devant tous les pays européens !

La Suisse a été est est encore leader dans le domaine de l’hydro-électricité. Les ingénieurs en barrages, mais aussi les turbines et conduites forcées made in Switzerland sont exportées dans le monde entier.

Lors que je vois à la télévision un ingénieur spécialiste du solaire prétendre que l’hydro-électricité est une technologie des années soixante, j’aimerais lui demander quelle autre source d’énergie offre un rendement supérieur à 85% ? Un très bon panneau solaire restitue sous forme d’électricité 15% de la lumière reçue, une éolienne 20% de l’énergie de l’air qui la traverse. Les centrales thermiques (nucléaires, à gaz, charbon ou pétrole) ne restituent en électricité que 40% de la chaleur dégagée.

Le rendement est un point clé, souvent omis des raisonnements énergétiques : un bon rendement c’est une installation nécessitant peu d’espace au sol et rejetant peu d’énergie sous forme parasite (chaleur, bruit) dans l’environnement, et surtout un prix de l’énergie bas. Si le KWh éolien ou solaire sont si chers, c’est parce qu’ils sont péniblement extraits de l’énergie solaire. L’énergie hydro-électrique est 5x moins chère que le solaire, et elle a justement un rendement 5x meilleur.

La souplesse de son utilisation et d’autres avantages font de l’hydro-électricité une source d’énergie idéale que la Suisse aurait grand tort de négliger.

Références

, 6/5/2005 p. 7
journal RSR le 25/1/2005 à 9h