Recherche:Pastech/244-1 Barrages Hydroélectriques

Un barrage hydroélectrique est un ouvrage d'art qui est bâti sur un point d'eau. Le but d'une telle construction dépend de l'usage que l'on veut en faire : il peut servir à réguler le débit d'eau, ou encore à l'irrigation, à la production d'électricité ou même à des industries diverses. Sur cette page, nous nous intéressons particulièrement à l'étude des constructions hydroélectriques, c'est-à-dire aux barrages permettant de produire de l'électricité. Notre étude se base sur plusieurs axes : l'histoire des barrages, une description de ceux-ci (à savoir leur construction et leur fonctionnement), leurs enjeux et pour finir, leurs impacts.

Histoire

Depuis près de 5000 ans, l’Homme cherche à retenir l’eau pour en tirer profit. Que ce soit pour l’irrigation, l’hydroélectricité ou encore simplement pour se protéger des crues, les barrages ont fait leurs preuves au travers des siècles. Pendant longtemps ces derniers ont été dimensionnés sans réellement connaître les paramètres qui pouvaient entrer en jeu, souvent de façon empirique et à l’aide des précédents ouvrages. Il faudra attendre le XVIIIème siècle pour voir des barrages dimensionnés sur la base de calculs.

Barrage Hoover. (Arizona-Nevada)

L’Égypte Antique

Les premières traces de barrage remonteraient à environ 3000 av. JC avec le premier pharaon, MÉNÈS, qui aurait dévié le Nil pour protéger des crues et alimenter Memphis, sa capitale. On trouve également le barrage de SADD EL KAFARA, construit vers 2 650 av. JC. Cependant ce dernier céda lors d’une crue et est considéré comme la première rupture de barrage. Il faudra attendre plus de 1000 ans pour retrouver des barrages en Égypte antique avec celui construit sur le Nahr El Asi en Syrie vers 1 319 - 1 304 av. JC. Il mesure 6 m de haut et 2000 m de long, et est toujours utilisé de nos jours. De nombreux autres ouvrages ont vu le jour en Orient durant les siècles suivants mais la plupart nous sont parvenus grâce à des écrits, comme le barrage de SUDD AL ARIM sur l'oued de Dhana, construit vers 750 av. JC d'environ 7 m de haut et de 600 m de long.

Des Romains à l'Empire Chinois

Même si très peu de barrages ont été retrouvés en Italie, les Romains ont eux aussi construit d’incroyables ouvrages hydrauliques. On peut notamment citer le barrage sur l’Oronte près de HOMS construit en 284. Celui-ci mesurait près de 2 km de long pour 6 m de hauteur et jusqu’à 20 m de large ou encore celui de CORNALBO (jusqu’à 24 m de haut et 220 m de long), construit au IIème siècle qui est toujours en service.

L’Asie n’était pas non plus en manque de construction de barrages à cette époque. On peut parler du barrage d'AFENGTANG construit de 589 à 581 av. JC en Chine, du barrage de KAERUMATAIKE datant de 162 avec 17 m de haut et 260 m de long, situé près de Nara au Japon ou même les réservoirs de BASAWAKKULAM (430 av. JC), TISSA (307 av. JC) et NUWARA (Ier siècle) situés près de la ville d'Anuradhapura dans l’actuel Sri Lanka. On peut aussi citer le barrage en terre de MUDDUCK MASUR en Inde qui aurait atteint 33 m à la fin du XVème siècle.

Aussi bien avant qu’après les colons, les Amériques ont été un lieu propice à la construction de barrages. Par exemple, le barrage de PURRON, de 3 m de hauteur à sa construction en 700 av. JC jusqu’à 18 m en 200 ou le barrage de PABELLON, de 24 m de haut et 177 m de long construit au XVIIIème siècle.

L’Europe

A partir du Xème siècle, le moulin se développe partout en Europe. Et pour fonctionner, certains avait besoin de barrages pour dévier le cours d’eau. En ajoutant la métallurgie ou encore la pisciculture, qui avaient eux aussi besoin de retenir de l’eau, le nombre de barrages se comptait en milliers. Cependant, ceux-ci étaient plutôt petits. La Renaissance apportera avec elle des édifices plus imposants comme le barrage-poids d'ALBUHERA de FERIA (1747) de 24 m de haut, près de Badajoz en Espagne, ou encore le barrage de Saint-Ferréol (36 m) construit entre 1667 et 1675 pour alimenter le canal du Midi. Avant la Révolution industrielle, l’Europe comptait 18 barrages de plus de 20 mètres de haut. Les autres étaient plus petits (moins de 10 m de haut) et généralement à base de terre.

De la Révolution Industrielle à nos jours

La Révolution industrielle amène avec elle de nouveaux besoins en terme d’énergie et d’eau potable pour répondre au développement de l’hygiène et à l’urbanisation des territoires. Le nombre de grands barrages est passé d’une centaine en 1800 à plus de 40 000 en 2000 avec une explosion à partir des années 1950 où on était à environ 5 000 ouvrages.

Barrage de Guntersville, Alabama

Le développement des méthodes de calculs (élasticité, résistance des matériaux) et les progrès dans la fabrication des liants hydrauliques permirent de concevoir des barrages voûtes bien plus économiques que les autres types de barrage. Le premier barrage voûte de l'époque moderne fut réalisé en 1854 par François ZOLA, il mesurait 42 m de haut.

Le barrage de FURENS en France, terminé en 1866, avec ces 52 m de hauteur, fut le record du monde de l’époque. Il fut d’ailleurs pris comme modèle dans le monde entier.

Au début du XXème siècle, dans le cadre de la politique du New Deal de Roosevelt ayant pour but de redynamiser le pays, l'aménagement de la vallée du Tennessee via la Tennessee Valley Authority a conduit à la construction de nombreux barrages hydroélectriques.

A la fin du XIXème siècle et au début du XXème siècle, apparaît le béton, matériau plus facile à fabriquer et à utiliser que la maçonnerie, et avec lui, différents types de barrages. Cela permet de concevoir et réaliser l'ouvrage le plus sûr et le plus économique pour chaque site en tenant compte au mieux de son environnement.

Aujourd'hui, on compte environ 800 000 barrages dans le monde dont 52 000 considérés comme des grands barrages.

Description des barrages

Construction

Les fonctions que doit assurer un barrage

Barrage (à noyau) du lac de Pierre-Percée composé de roches à l'extérieur et d'argile et de grès au centre pour assurer son étanchéité (2011)

Le but principal de la construction d’un barrage est de retenir une grande quantité d’eau, cet ouvrage d’art se doit donc d’être stable et étanche. Ensuite, il doit également être en capacité d’accueillir divers équipements, comme une turbine hydroélectrique par exemple.

L’étanchéité d’un barrage, essentielle à son bon fonctionnement, dépend de divers paramètres. Tout d’abord, il faut étudier l’étanchéité propre du barrage qui varie en fonction de son type, mais aussi l’étanchéité du futur bassin de retenue, c’est-à-dire la géologie et la topographie du site. Enfin et surtout, la liaison entre le barrage et les reliefs existants doit être parfaitement étanche.

Un barrage doit être stable et en capacité de supporter les importants efforts qu’exercera l’eau sur ses parois. Un grand barrage subit principalement les actions de la pression hydrostatique, c’est-à-dire la pression produite par la masse d’eau sur la paroi, masse d’eau pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de millions de tonnes pour les plus grands ouvrages. S’ajoutent également la pression dynamique liée aux potentiels courants, et la pression interstitielle, provoquées par les infiltrations au niveau des fondations du barrage, cette dernière étant la pression la plus souvent à l’origine des accidents d’où l’importance de l’étanchéité. La stabilité est aussi impactée par les divers équipements que va accueillir le barrage, c’est pourquoi il est important d’étudier l’ensemble de l’aménagement.

La construction d’une retenue vient rarement seule : dans la majorité des cas, les barrages doivent remplir d’autres fonctions secondaires. Par exemple, un grand nombre de barrages comporte des équipements d’évacuation des crues comme des « trop-pleins » pour limiter le niveau d’eau. Les barrages disposent également de prises d’eau de vidanges de fonds afin de pouvoir vider partiellement ou entièrement le bassin de retenue pour son entretien. Dans le cas des barrages hydroélectriques, l’ouvrage doit accueillir d’autres prises d’eau, des turbines et des galeries d’accès à tout cet équipement. Enfin, les barrages sont des voies de circulation pour l’Homme : on y trouve donc souvent un système d’écluses ou de canaux de dérivation pour permettre le passage des bateaux. On profite aussi des plus grands édifices pour y construire une route en leur sommet.  Les barrages sont de même une entrave aux déplacements de la faune, d’où la présence de passes à poisson en particulier pour les poissons migrateurs. Tant d’infrastructures annexes qu’il faudra prendre en compte pour l’étude de l’étanchéité et la stabilité.

Les différents types de barrages

Il existe 2 façons de construire un barrage : en béton ou avec un remblai.

Barrages en béton

Les barrages en béton sont les plus répandus parmi les constructions les plus récentes. Le béton permet, entre autres, de construire des barrages plus résistants, plus grands, avec des formes plus complexes et plus étanches. On peut diviser les barrages en béton en deux types : les barrages-poids et les barrages voûtes.

Le principe du barrage-poids est de résister à la force de l’eau uniquement par le poids propre du barrage. C’est pourquoi il s’agit d’édifices imposants très large à leurs bases.

Barrage poids

Barrage voûte

Le barrage voûte est bien plus complexe par sa forme, il représente l’aboutissement ultime de l’utilisation des propriétés du béton et permet d’économiser environ 30% de béton en moins par rapport à un barrage-poids pour la même retenue d'eau. Cependant, le barrage nécessite des fondations bien plus solides et ne peut pas être mis en place sur une vallée trop large.

Il existe des variantes à ces types de barrages comme le barrage à contrefort qui reprend le principe du barrage-poids, mais en cherchant tout de même à économiser de la matière, et le barrage à voûtes multiples qui, comme son nom l’indique, est la succession de plusieurs barrages voûtes pour pouvoir relier deux berges éloignées.

Barrages en remblai

Les barrages en remblai sont les barrages les plus anciens. Construire un barrage en remblai consiste à former un amas de terre ou de roche pour retenir l’eau. Ce sont des barrage-poids, c’est-à-dire qu’ils résistent à l’eau grâce à leurs poids d’où leur forme trapézoïdale. Ils présentent également l’avantage de ne pas nécessiter d’excellentes fondations. Néanmoins, les barrages en remblai ne sont pas toujours aussi étanches que ceux en béton. On trouve différentes solutions pour assurer l’étanchéité d’un remblai :

• Les barrages homogènes : ils sont constitués d’un seul matériau relativement bien imperméable comme l’argile.

• Les barrages à noyau : ils sont constitués principalement de deux matériaux qui vont chacun assurer une fonction différente. On réalise d’abord un noyau en argile étanche autour duquel on ajoute un enrochement pour augmenter la masse du barrage et donc sa résistance.

• Les barrages à masques : ils sont composés d’un enrochement important où l’on vient appliquer un masque étanche de béton ou de ciment sur la face immergée.

Barrage homogène (vue en coupe)

Barrage à noyau (vue en coupe)

Barrage à masque (vue en coupe)

Etudes préalables à la construction

Le choix du site pour la construction d’un barrage est très complexe, il doit répondre à de nombreuses contraintes, c’est d’ailleurs pour cela que le nombre de barrages est limité. En France, la totalité des sites exploitables accueille déjà un barrage, nous ne sommes donc pas en mesure de construire de nouveaux aménagements sur notre territoire.

Pour commencer, le site doit bien évidemment être une vallée (qui deviendra le bassin de retenue) possédant un cours d’eau. Le débit du cours d’eau, ainsi que ses crues potentielles sont alors analysés sur plusieurs années, tout comme la pluviométrie du site : ce sont les données hydrologiques. Elles permettent de savoir si le barrage recevra suffisamment d’eau pour se remplir et aussi de s’assurer que les potentielles crues et intempéries ne mettront pas en danger la stabilité de l’édifice.

La topographie du site est également étudiée afin d’estimer le volume de la retenue et la surface qui se retrouvera submergée par l’eau après la mise en fonctionnement du barrage; l’idéal étant que la vallée soit profonde mais peu étendue, ainsi le barrage retiendra plus d’eau sur une surface moins importante, ce qui permet, entre autres, de déplacer moins de populations.

Puis, la géologie du site est prise en compte. Grâce à la constitution des sols, on peut déterminer la stabilité de la retenue et les impacts que la masse d’eau aura sur la vallée. De plus, en fonction de la géologie, le barrage sera plus ou moins perméable : par exemple, le grès est une roche poreuse et donc inadaptée à un barrage, contrairement à l’argile qui est très peu perméable. L’étude de la sismologie de la zone est également impérative.

Une fois le site déterminé, il reste à choisir l’emplacement exact du barrage. Pour ce faire, on cherche un verrou, c’est-à-dire un rétrécissement dans la vallée dans le but de minimiser la largeur de l’ouvrage et utiliser au maximum les reliefs existants. Il faut trouver un bon compromis entre la largeur du verrou, la hauteur du barrage et le volume de retenue.

Enfin, le dernier critère qui joue beaucoup dans le choix de l’emplacement d’un barrage est la proximité des ressources. En effet, un tel édifice qu’il soit en béton ou en remblai nécessite énormément de matière première. Le site doit avoir la possibilité d’accueillir des carrières proches du chantier afin de faciliter la construction et minimiser les coûts dus au transport.

Tant de paramètres qui définiront le type de barrage qui sera construit. Par exemple, dans une vallée sensible aux crues, on privilégiera un barrage en béton, car il est plus simple d’y intégrer un évacuateur de crues alors que les barrages en remblai sont bien plus vulnérables à la submersion et donc peu adaptés à cette configuration.  

Les étapes de construction

Après avoir étudié le futur barrage sous tous les angles, il est temps de passer à la phase de construction. Néanmoins, avant de commencer la construction du barrage en lui-même, un grand nombre de travaux préliminaires sont à réaliser.

Tout d’abord, ce genre d’édifices se trouvant en général en montagne, loin des grands axes routiers il est nécessaire de construire ou du moins d'agrandir les routes existantes afin de permettre l’accès aux imposants engins de chantier et faciliter l’apport de matière première.

De même, l’eau doit être déviée du site de construction, car le chantier est réalisable uniquement à sec. Pour faire cette mise hors d’eau, on construit différentes structures pour dévier le cours d’eau comme des canaux de dérivation, des bassins de rétention ou même d’autres barrages annexes qui ne serviront que pendant la période de travaux.

Une centrale hydroélectrique deux fois plus puissante que le barrage des Trois Gorges en construction sur le fleuve Jinsha en Chine (2017)

Enfin, comme dit dans la partie précédente, il faut également ouvrir des carrières à proximité du chantier.

Vient ensuite le terrassement de la zone. En effet, pour établir des fondations de bonne qualité, il faut supprimer la couche superficielle du sol qui n’est pas assez stable pour accueillir un tel édifice. Cette étape de terrassement est généralement réalisée avec des explosifs.

Après toutes ces étapes, la construction du barrage en lui-même peut débuter par les fondations. Le but des fondations est de solidariser l’ouvrage avec la roche par forage. Il ne reste plus qu’à ériger le barrage tout en plaçant les drains et en gérant les crues qui pourraient anéantir tout le travail réalisé jusqu'à présent.

Toutes ces étapes représentent un travail important, c’est pourquoi ce genre de chantier peut durer plus de 10 ans pour les plus grands ouvrages. Une très grande variété de professionnels participe à la construction d’un barrage. Cela génère de nombreux emplois de tous types : ingénieurs, géologues, maçons, entrepreneurs, conducteurs, etc.

La construction de l’ouvrage achevée, beaucoup d’opérations restent à effectuer. D'abord, il faut remplir le barrage : il s’agit d’une opération délicate car la fréquence d’accident est plus importante lors de la première mise en eau. Puis, il faut réhabiliter les carrières. Une grande partie des structures qui ont permis de mettre le barrage hors d’eau lors de la construction sont détruites ou reconverties.

Les barrages représentant un danger pour les populations et l’environnement en cas d’accident, de nombreux tests sont réalisés régulièrement, et ce durant toutes leur durée de vie. Les points contrôlés en priorités sont la pression exercée par l’eau, le déplacement de la crête du barrage, les infiltrations et le tassement du barrage. Les inspections sont supervisées par de grandes institutions de contrôle, comme la Commission Internationale des Grands Barrages.

Enfin, les barrages sont régulièrement vidangés, entretenus et consolidés si nécessaire.

Fonctionnement

Fonctionnement général d'un barrage

Moyens alternatifs de production d'énergie, les barrages hydrauliques mettent à profit l’énergie mécanique de l’eau afin de la convertir en électricité. Dans cet objectif, un canal d’amenée redirige l’eau jusqu’à "une conduite forcée" où l'eau va accumuler de l'énergie cinétique. De là, l’eau transmet son énergie à une turbine. Celle-ci va alors convertir cette énergie en électricité par le biais d'un alternateur. Pour des raisons pratiques, et afin de limiter les pertes dues à son transport, on augmente ensuite la tension du courant généré avant de le redistribuer. Cette étape est effectuée par le biais de transformateurs.

Les barrages hydrauliques sont divisibles en quatre catégories. Répartis sur près de 250 000 km de rivières en France, on aura premièrement les petites installations qui regroupent les barrages dits « au fil de l’eau » et les installations dites « éclusées ». Ces dernières, de petites tailles, assurent une production électrique mineure. En France, leur nombre s’élève à environ 2 300 en 2018 pour une part d’environ 10% de la totalité de l’énergie hydroélectrique produite. On distinguera toutefois les installations dites au « fil de l’eau » qui ont la particularité d’avoir une production électrique continue et dépendante du débit du cours d’eau et les installations « éclusées », qui ont quant à elles vocation à être utilisées lors de forts pics de consommation et ne fonctionnent que sur de courtes durées (2 à 400 heures suivant les barrages, en raison de leur réservoir de petite taille). 

Enfin, il est possible de trouver des infrastructures de plus grandes envergures. Parmi elles, les « centrales lacs », situées majoritairement à l’aval des montagnes, offrent une grande capacité de stockage, permettant ainsi une production électrique conséquente sur le long terme. Les STEP (Stations de Transfert d’Énergie par Pompage), sont, elles aussi, membres à part entière de cette catégorie. Elles auront cependant davantage vocation à stocker l’énergie qu’à en produire. Celles-ci fonctionnent sous le principe de pompage-turbinage. Il s’agit d’utiliser l’énergie potentielle de l’eau afin de stocker de l'énergie. Cette eau placée à haute altitude, peut ensuite être restituée à son fleuve lors de fortes demandes énergétiques. Elle va alors enclencher une turbine qui convertira l’énergie potentielle d’altitude accumulée par l’eau en une énergie électrique via un alternateur. Le turbinage se fait généralement de nuit lorsque la consommation et le coût de l’électricité se fait faible ; cela, afin de limiter les pertes d’énergie que génèrent les centrales nucléaires, tout en limitant les coûts. En effet, la production énergétique de ces centrales ne peut être stoppée. Leur production est continue même de nuit. 

Les STEP sont, de ce fait, des systèmes très largement utilisés à l’échelle planétaire. Bien plus efficaces que les piles, il s’agit d’un moyen de stockage de référence, le premier dans le monde. Elles proposent une capacité de stockage importante pour un volume occupé raisonnable. En France, elles représentent 18% de l’énergie hydroélectrique produite.

La puissance d'un barrage

Diagramme de répartition de la puissance des différents types d'installations hydrauliques (Données: fin 2018).

La puissance d’un barrage hydraulique dépend de plusieurs facteurs. Parmi eux se trouvent le débit de l’eau, la hauteur de chute ainsi que le rendement global de l’infrastructure.  Ainsi, on différencie les barrages de haute, moyenne et basse chute. Afin de fonctionner à puissance optimale, on va donc privilégier un débit important pour une chute réduite, comme on privilégierait une chute importante pour un débit faible. Cependant, on préfère maximiser ces deux facteurs. La puissance d’un barrage est donnée par :

$P=Q\times p\times \eta =Q\times g\times h\times \rho \times \eta$ ,

qui est à différencier de l’énergie potentielle que peut délivrer le barrage :

$E=\rho \times V\times g\times h$

Avec P la puissance (en W), Q le débit (en $m^{3}/s$), p la pression (en Pa), $\eta$ le rendement, h la hauteur de chute (en m), $\rho$ la masse volumique de l’eau (en kg/$m^{3}$), E l'énergie (en J), V le volume d'eau (en $m^{3}$) et g l’accélération terrestre de la terre (en m/$s^{2}$).

Juridiction concernant la puissance d'un barrage

Il faut savoir qu'un cadre juridique existe en ce qui concerne l'exploitation d'installations hydroélectriques. Cette juridiction est directement reliée à la puissance d'un barrage et met en évidence deux types de régimes. On aura dans un premier temps le régime de l'autorisation, qui regroupe les infrastructures ayant une puissance inférieur à 4,5 MW, puis le régime des concessions, établies pour des installations excédant 4,5 MW. Ces dernières sont différentes en un point : leur domaine d'appartenance. Seules les installations hydroélectriques possédant une puissance limitée par le régime de l'autorisation peuvent être possédées par un particulier ou une organisation, et ce, après obtention d'une autorisation environnementale à durée limitée, délivrée par le préfet. Enfin, toutes infrastructures excédant les bornes fixées par ce régime sont propriétés de l’État. En revanche, celles-ci sont construites et exploitées au profit de concessionnaires. Les concessions peuvent être délivrées par deux entités : le préfet, si leur puissance est inférieure à 100 MW ou par le ministre en charge de l'énergie. Ces concessions sont à durée limitée mais ont l'obligation d'amortir les investissements initiaux réalisés par le concessionnaire.

Les différents types de turbines

Le rendement d’un barrage dépend principalement de sa turbine. Les turbines sont par ailleurs amenées à changer suivant la hauteur ou le débit de chute. En effet, celles-ci n'opposent pas la même résistance pour un débit différent. La fréquence de rotation sera donc amenée à changer en fonction du débit et de la hauteur. On aura par conséquent un impact immédiat sur le rendement. Ainsi, la turbine Kaplan est un choix judicieux pour un barrage de basse chute, tandis que la turbine Pelton le serait pour un barrage de haute chute. La turbine bulbe est, elle aussi, une turbine très largement utilisée. Son fonctionnement est optimal pour une utilisation en basses chutes.

Types de turbines liés au type de chute, au débit et rendement approximatif

Turbine	Type de chute	Débit	Rendement approximatif conditions optimales)
Pelton	Haute	-	~ 90%
Francis	Moyenne/Haute	-	85-95%
Kaplan	Basse	Important	90-95%
Bulb	Basse	-	85-90%
Vis d’Archimède	Basse	-	~ 85%
VLH	Très basse	Faible	Variable
Banki	Basse	Faible	~ 85%
Turgo	Moyenne	-	85-90%

Le rendement d'une infrastructure hydraulique

Ce graphique a été créé pour donner un ordre d'idée du choix de la bobine suivant la hauteur et le débit de chute. (Date de création 2020)

Le rendement d’une centrale se calcule de la manière suivante : il va s’agir de la puissance récupérée, divisée par la puissance totale disponible, donc, dans ce cas, de la puissance électrique récupérée, divisée par la puissance hydraulique totale disponible. En d'autres termes :

$\eta ={\frac {U\times I}{Q\times g\times h\times \rho }}$

Avec $\eta$ le rendement (sans unité), h la hauteur de chute (en m), $\rho$ la masse volumique de l’eau (en kg/$m^{3}$), g l’accélération terrestre de la terre (m/$s^{2}$), Q le débit (en $m^{3}$/s), U la tension (en Volts) et I l'intensité (en Ampères). La tension et l'intensité sont celles récupérées en sortie de centrale.

Il est toutefois important de prendre en compte que ces différents facteurs peuvent être amenés à changer au cours du temps, comme par exemple le débit d'eau. Ainsi, il s'agit là d'un rendement instantané. C'est aussi l'une des raisons pour laquelle le rendement d'un barrage tend à changer en fonction de sa hauteur. Ce rendement dépend notamment de quatre composants : sa conduite forcée qui provoque ce que l'on appelle "des pertes de charges" dont le rendement entre 90 et 95%, sa turbine (85-95%), son alternateur (92-99%) et enfin les transformateurs (environ 99%). On a donc un rendement global qui oscille entre 70 et 88%.

Chiffres clés et potentiel actuel

Le barrage hydraulique est un système de production d'énergie très largement exploité à travers le monde. De nos jours, cette énergie représente près de 12% de l'énergie électrique produite en France contre 16,6% à travers le monde. Se plaçant ainsi à la troisième place en termes de système de production d'énergie électrique au niveau mondial (derrière le charbon et le gaz avec respectivement 40 et 19%), les barrages hydroélectriques se retrouvent toutefois en première place en ce qui concerne la production d'énergie "verte". En 2019, la production d'hydroélectricité en France a été estimée à environ 55,5 TWh, soit l'équivalent de la production annuelle de 7 à 8 centrales nucléaires. Cette production est par ailleurs inégalement répartie, puisque seulement quatre régions concentrent la presque totalité de la production hydroélectrique française ; parmi elles, l’Auvergne-Rhône-Alpes (44%), l'Occitanie (17%), le Grand Est (15%) et PACA (15%). De plus, ce chiffre ne cessera d'augmenter d'ici 2023. En effet, suite à la Convention pour le développement d'une hydroélectricité durable (signée en 2010), l’État Français s'est engagé à augmenter la puissance annuelle produite de 3 TWh. L’État a annoncé par la même occasion que le développement des STEP seraient aussi un des objectifs fixés. Le but étant d'atteindre une augmentation de 1 à 2 GW de la capacité de stockage globale de ces infrastructures. On aura donc une optimisation des infrastructures et mécanismes déjà existants ainsi que la création de nouveau sites.

Les enjeux

La construction et l’utilisation des barrages cachent de très nombreux enjeux, qu’ils soient économiques, politiques, sociaux, écologiques, etc. Nous essayerons ici de détailler les raisons pour lesquelles les barrages hydroélectriques sont la principale source d’énergie renouvelable. Il semble évident que chaque barrage implique de très nombreux enjeux, c'est pourquoi nous montrerons ici seulement quelques exemples.

L’étude sera coupée en 2 parties : d’abord, on s’intéressera aux grands barrages dans les pays les plus développés tel que le Canada, la France, la Suisse et les États-Unis, puis nous nous intéresserons aux pays en développement, comme la Chine, le Brésil, et l’Éthiopie. Cette classification, bien que très simpliste, est utilisée dans le but de simplifier la différenciation. Nous séparons les pays ayant déjà un grand parc hydroélectrique et subvenant entièrement aux besoins électriques du pays, des pays ayant une croissance très rapide et devant contrer une très forte augmentation de la demande énergétique. Tout ceci dans un contexte écologique de plus en plus instable, donc demandant des productions électriques plus « propres » et renouvelables.

La houille blanche dans les pays développés

Des monuments inscrits dans l’histoire et la culture du pays

Ces grandes cathédrales électriques, odes à la puissance humaine face à celle de la nature, sont, pour de nombreuses personnes, inscrites dans le paysage depuis toujours. Représentant une fierté nationale, un site parfait pour le tourisme ou encore une source d’énergie plus propre, l’hydro-électricité est part entière de l’histoire et de la culture française, suisse ou bien encore québécoise. Cependant, nous pouvons nous interroger sur le passé : comment ces centrales ont-elles été construites et quel accueil leur a-t-on fait ? Plongeons-nous ensemble dans le passé de ces sites monumentaux.

L’opinion politique

Barrage de Serre-Ponçon

Nous nous intéressons ici à un ouvrage sur la Durance : le barrage de Serre-Ponçon. Sa construction démarre en 1955. Il s’inscrit dans un plan d’aménagement du territoire pour palier au désert français. Le projet verra apparaitre à son terme le lac de Serre-Ponçon, qui recouvrira 3 000 hectares de terre sur lesquels sont déjà installés 13 communes, des rails, des routes et chemins, ainsi que 800 hectares de terres cultivable, sans oublier le site industriel de la région.

En plus d’un aménagement du territoire, cet édifice est proposé pour réguler le débit naturel de la Durance. En effet, il préviendra les crues assez dévastatrices, mais permettra aussi une meilleure répartition de l'eau et ainsi éviter les sécheresses des terres agricoles, sans oublier la raison principale pour construire une usine hydroélectrique : accroitre le potentiel énergétique français. Les pouvoirs exécutif et législatif de l’époque voient ce barrage comme une aubaine pour permettre une meilleure distribution des fruits de la croissance française. En effet d’après eux, il faut développer le secteur secondaire dans une région « sous-industrialisée et menacée d’appauvrissement graduel ».

Que nous parlions du barrage de Serre-Ponçon ou des autres barrages français, leur fabrication est régie par des lois pour la conservation des intérêts généraux, tel que la protection des sites, la prévention pour les poissons de rivière, ou encore le respect de la police des eaux. Ainsi la législation prend en compte la conservation du paysage, et crée une commission pour régir la fabrication et l’emplacement des barrages pour qu’ils ne détruisent pas les monuments naturels. Seul un barrage en France : Tignes (1953) fut accepté malgré la menace qu’il représentait pour le paysage.

L’opinion publique

Contrairement à toutes les autres formes de centrales électriques connues au milieu du XXème siècle, les barrages sont beaux et peuvent être considéré comme des ouvrages d’art. Pour ne pas gâcher un paysage déjà majestueux, ils donnent une image de grandeur technique et non pas juste l’image d’usine grossière.

Bien qu’initialement pas prévu pour cela, les barrages attirent énormément les touristes. En effet, les lacs de retenue deviennent des endroits privilégier pour le tourisme. Les nombreux sentiers pédestres qui l’entourent, d’abord créés pour la maintenance, sont finalement beaucoup plus utilisés par les touristes et randonneurs en tout genre. Partant de cette constatation, une nouvelle politique de valorisation des barrages prend pour but d’attirer les touristes. Ainsi, en Suisse, un parc d’attraction est créé autour des 3 barrages d’Émosson (anciennement parc d’attraction du Châtelard) aujourd’hui nommé VerticAlp. On remarque de manière générale que les barrages sont une fierté nationale en Suisse. En effet, ils étaient très souvent utilisés par la politique comme analogie entre la grandeur de l’ouvrage et la grandeur de l’état, si bien qu’en 1970, l’hydraulique représentait 90% de l’énergie électrique suisse.

Structure touristique représentant une turbine de barrage

Pour ce qui est de la France, les ouvrages hydroélectriques sont également très importants pour le tourisme. Pour valoriser également les usines hydrauliques, le tourisme industriel propose des visites guidées de la centrale. L’hydroélectricité est très rapidement renommée houille blanche par opposition à la houille noire que représente le charbon. On la célèbre d’ailleurs à Grenoble lors de l’exposition internationale de la houille blanche en 1925. Dans le pays alpin, les barrages sont des fiertés régionales, qu'on célèbre entre autres avec le musée de la Romanche. Ces barrages locaux, à utilité régionale, créent des tension politiques entre fierté locale et envie de centralisation de EDF, qui souhaite un rayonnement culturel encore plus important, démontré par la fabrication du musée hydrélec qui se trouve au cœur de l’Oisans.

Ainsi, l’opinion publique sur les barrages est plutôt positif dans le milieu du XXème siècle. Cependant on remarque, dans l’étude de cas du barrage de Serre-Ponçon, que l’avis est plutôt partagé. Bien qu’au vu des sondages réalisés la population ne s’oppose pas à sa fabrication, sur les 176 expropriations dus à la construction du barrage, beaucoup décident de ne pas rester dans la nouvelle ville créée à cet effet. En effet, ils décident de changer radicalement de paysage. Serait-ce pour ne pas voir la destruction du paysage qui leur était familier ? Nous pouvons à ce sujet parler du film de Jean Giono et François Villiers : L’eau Vive, qui présente une allégorie de la Durance face à la construction du barrage de Serre-Ponçon.

L’image actuelle des barrages

Les barrages hydroélectriques sont au centre de beaucoup de vallées. Ils sont en quelque sorte un point de rencontre entre les personnes venues pour contempler cette architecture impressionnante et jouir des activités récréotouristiques que le site propose et d’autre qui, au contraire, ne font que passer pour atteindre des sommets plus hauts. Pour les premiers, cet aménagement est grandiose, il représente la grandeur technique de l’Homme et la puissance de la nation : en Suisse, les barrages représentent « le nombril » de leur région, tandis que d'autres ne voient en cela qu’un culte pathétique pour le béton.

Carte du Québec avec les centrales d'Hydro-Québec et les principales lignes et postes du réseau de transport (2016)

Au Québec, l’énergie hydraulique est une fierté et ils misent beaucoup sur le potentiel de leurs cours d’eau pour rayonner. En effet, sur le site internet officiel de l’hydroélectrique québécois, on retrouve beaucoup d’informations très intéressantes. L’hydroélectricité est beaucoup plus propre que le gaz et le charbon : 30 et 60 fois moins d’émission de gaz à effet de serre, c’est pourquoi dans un plan énergétique pour 2030, 6 nouvelles centrales hydrauliques sont en projet de construction. De plus, ces projets seront soumis à des « critères les plus élevés en matière d’environnement et d’acceptabilité sociale en plus de générer des retombées économiques pour les communautés locales et autochtones. ». Les enjeux pour un tel développement de l’hydroélectrique au Québec proviennent d'une volonté de peser dans le marché de l’exportation. Enfin, l’hydraulique tient une place centrale dans cette région, d’un point de vue économique (consommation électrique, exportation, emplois créés, etc.) mais également d’un point de vue international : l'expertise québécoise.

Cependant, de nombreuses critiques sont faites sur les barrages et l'hydroélectricité ne paraît plus être une source d'électricité aussi parfaite. Que ce soit d’un point de vue des impacts ou des risques (voir la section suivante), ou d’un point de vue touristique, bien que de nombreux efforts soient faits pour rendre le site attractif (publicité au travers d’évènements sportifs tel que le tour de France, l'escalade ou bien le saut à l’élastique), l’image des grand barrages s’effiloche de plus en plus dans l’opinion publique. On constate ceci par un essor d’œuvres d’art contestant les barrages et donnant une image pro-démantèlement.

La dernière phase : le démantèlement

Les démantèlements de centrales hydroélectriques sont de plus en plus courants. Il y a plusieurs raisons à cela : des causes écologiques, l’inutilité du site, ou encore dans le but de limiter les risques. Aux États-Unis, on compte déjà 1 200 démantèlements dans tout le pays depuis 1912. Ce chiffre est à mettre en lumière face aux 4 000 ouvrages classés à risque d’écroulement sur tout le territoire. Pour réduire ce risque, il faut soit faire des réparations, soit supprimer simplement le barrage. La deuxième option étant la moins coûteuse, on comprend pourquoi on en retrouve autant. De nombreux acteurs entrent également en jeu. Les autorités publiques et des acteurs économiques sont évidemment les premiers concernés pour ce qui est d’assurer la sécurité publique et la croissance économique. Mais, nous retrouvons également de nombreux mouvements pro-démantèlement avec les associations environnementalistes mais aussi la voix des tribus indiennes qui se fait de plus en plus entendre. Ils font valoir leur droit historique sur ces cours d’eau et le besoin de restaurer leur pêche traditionnelle de saumons, rendue impossible par la présence de barrages.

Évolution du delta d'Elwha avant et après le démantèlement des barrages sur ce fleuve

En France, de nombreux démantèlements sont également envisagés, le but étant de restaurer la continuité écologique des cours d’eau. Cette démarche ne concerne que des petits barrages. En 2012, en Loir-Bretagne, on ressence pas moins de 12 000 seuils et petits ouvrages dans toute la région, et près des deux-tiers d’entre eux n’ont plus aucun usage. En effet, autant d’obstacles sur un cours d’eau, provoque la stagnation de l’eau, un manque d’oxygénation et une prolifération d’algues, ce qui réduit la biodiversité. Ainsi, le moyen le plus simple de pallier ces problèmes, reste de supprimer tous les ouvrages inutilisés. Mais, des points de vue divergent sur la question. Certains de ces ouvrages ont en effet une importance sociale ou culturelle non négligeable. Des opposants au projet émettent l’idée que la nature s’adapte aux changements et si des changements ont été fait il y a des siècles, ils ne sont pas forcément mauvais.

Si on s’intéresse à un des plus gros démantèlements qui a eu lieu aux États-Unis sur le fleuve Elwha, des études ont été faites sur l’après démantèlement. Les barrages sur ce fleuve avaient eu pour effet d’empêcher l’écoulement des sédiments sur la côte, ce qui a provoqué une érosion du delta d’Elwha. La suppression des barrages a permis un écoulement de tonnes de sable et d'autres sédiments qui a permis un agrandissement de 400 mètres du delta. Les recherches montrent un aspect très positif de ce retour aux origines avec une forte revégétalisation et un renouveau dans l’écosystème costal.

Une source d’énergie indispensable dans les pays en développement

Un besoin énergétique croissant

Des pays tels que la Chine, le Brésil ou encore l’Éthiopie, ont eu ces dernières années et ont encore aujourd’hui, une très forte croissance économique. Cela va de pair avec de nombreux changements dans le fonctionnement du pays.

Affiche sur les enjeux et impacts du barrage Belo monte au Brésil

Que ce soit pour développer l’industrie, ou pour une amélioration du mode de vie des citoyens, la demande énergétique explose. Pour palier à cette demande, il faut de nouvelles infrastructures. Mais que choisir ? Les sources d’énergie classiques, tel que les centrales à charbon ou à gaz, peuvent être envisagées. En Chine, dans les années 1970, la principale source d’énergie était le charbon, ce qui a créé une très forte pollution et de nombreuses controverses internationales.  De plus, les mouvements environnementalistes se font de plus en plus entendre dans tous les pays. Il y a donc une forte demande énergétique, mais en parallèle un besoin de sources plus « propres » et renouvelables. Ainsi, le meilleur compromis reste les barrages hydroélectriques.

En Chine, l’accent est donc mis sur l’aménagement de leurs cours d’eau. Avec leur demande de plus en plus importante, ils s’intéressent alors à des aménagements qu’ils avaient classés comme trop coûteux dans le passé. En effet, nous nous intéressons ici aux aménagements qu’ils ont réalisés sur le Mékong, qui passe dans le Grand Ouest, une région moins développée. Avec l’exploitation, ils ont donc un double bénéfice : développer un peu plus cette région, mais également récupérer une partie de l’énergie pour d’autre régions.

Contrairement à la Chine où la politique est favorable à la production d’hydroélectricité, le Brésil rencontre déjà des problèmes à ce niveau, avec la formation au début du XXIème du mouvement politique socio-environnementaliste, qui lutte pour la protection de l’environnement contre l’hydroélectricité. Cependant, le Brésil veut maintenir sont indépendance énergétique, donc de nombreux conflits ont lieux.

Des conflits régionaux et internationaux

Les conflits internationaux

Que ce soit le Nil ou le Mékong, ces fleuves ne passent pas dans un seul et unique pays. Ainsi, la construction en amont d’un barrage peut provoquer des tensions avec les pays en aval de cet ouvrage. En effet, un appauvrissement des ressources halieutiques et une réduction du débit peuvent avoir de graves conséquences sur des pays qui utilisent le fleuve.

Réunion de médiation américaine à la Maison Blanche à propos du barrage éthiopien de la Renaissance, le 6 novembre 2019

C’est le cas de l’Égypte, qui dépend à 90% du Nil Bleu, un affluent du Nil qui prend sa source en Éthiopie. C’est sur ce même Nil Bleu que depuis 2011, l’Éthiopie construit le barrage de la Renaissance. Dès le commencement de ce projet, de nombreuses tensions se sont faites entendre entre l’Éthiopie, le Soudan et l’Égypte, ces deux derniers pays étant en aval du Nil Bleu. D’un côté de ce conflit on trouve l’Éthiopie, pour qui ce projet est essentiel afin de subvenir aux besoins énergétiques de sa population (en 2019, la moitié des habitants n’ont pas accès à l’électricité) et de l’autre, l’Égypte, qui redoute une très grande baisse du débit du Nil, qui est sa principale source d’eau potable. Ce barrage serait donc une menace existentielle pour le pays. Entre les deux pays se trouve le Soudan, qui se montre plutôt favorable au projet. En effet, le barrage de la Renaissance leur permettrait un accès à l’électricité, une régulation du fleuve et de ses crues et une meilleure irrigation pour leurs plantations. Les seules oppositions soudanaises proviennent des fabricants de briques crues créées à partir de limon provenant du fleuve, limon qui viendrait à manquer car retenu par le barrage. Mais ces oppositions sont très minoritaires et le Soudan se console en voyant les immenses bénéfices que leur apporterait ce barrage face à la perte des briques crues.

Le barrage de la Renaissance, achevé à 72% en mars 2020, est le plus grand barrage hydroélectrique d’Afrique. Cependant, après des années de négociations et l’intervention des États-Unis en tant que médiateur, les 3 pays n’ont pas réussi à trouver d’entente, le principal problème résidant dans le remplissage du barrage. En effet, l’Égypte demande un délai, un remplissage très lent, pour ne pas perturber le débit du Nil, en revanche, l’Éthiopie ne peut pas se permettre un remplissage trop long pour l’ouvrage qui a coûté pas moins de 4 milliards de dollars. Ainsi, en avril 2020, l’Éthiopie déploie son armée le long du barrage pour montrer une fermeté sur sa volonté d’achever l’ouvrage et de le remplir au plus vite, mettant en péril la vie de millier d’égyptiens en réduisant leur ressource essentielle en eau propre.

Cours du fleuve Mékong passant par 6 pays

Tout comme l’Éthiopie, la Chine voit un très grand intérêt à l’aménagement du Mékong, que ce soit pour son propre profit ou pour faciliter les échanges avec les pays riverains. En effet, la Chine investit dans la région du Grand Ouest pour intensifier le commerce avec les pays de la région, d’abord pour des échanges énergétiques avec l’exportation électrique des barrages sur le Mékong vers la Birmanie et le Laos, ou encore pour l’investissement dans un barrage en Birmanie afin de récupérer une partie de l'énergie. De plus, avec les barrages, le Mékong devient plus facilement navigable donc un plus grand trafic fluvial est désormais possible. Ainsi, le Mékong est au cœur (selon la Chine), de la coopération commerciale entre les régions riveraines et l’approfondissement de la complémentarité économique.

Cependant, la Chine n’est pas le seul pays sur ce cours d’eau de plus de 4 800 km de long. Le Mékong prend sa source en Chine, puis traverse successivement la Birmanie, le Laos, la Thaïlande, le Cambodge et enfin le Vietnam. Ce fleuve est très utilisé en tant que source d’eau potable, mais aussi pour l’irrigation, ou comme voie commerciale, comme ressource halieutique ou encore comme source d’énergie. Il est aussi un fleuve frontière (entre le Laos et la Thaïlande par exemple), donc il a une très grande importance géopolitique. Tous les pays sur le cours du Mékong, sauf la Chine, sont membre de l’Association des Nations de l'Asie du Sud-Est (ASEAN) et ont un passé houleux avec la Chine.

Les tensions autour de ce fleuve sont d’autant plus importantes car le Mékong représente une grande partie identitaire des pays d’Asie du Sud-Est. Ainsi, les conflits internationaux concernent principalement la baisse des ressources halieutiques du Mékong due à la présence des ouvrages chinois. Mais, les changements climatiques, qui créent des sécheresses alarmantes, sont aussi une raison pour pointer du doigt les barrages chinois sur le Mékong. Cependant, les pays contestataires n’ont pas un grand pouvoir pour contester ces ouvrages.

Les conflits internes

Remise officielle du cacique Raoni au président François Hollande des 17 premières propositions de l'Alliance des Gardiens de Mère Nature en tant que contribution à la COP21, le 2 décembre 2015 au palais de l’Élysée.

Au Brésil, les tensions à propos des barrages sont internes au pays. L’hydroélectricité est une source de production majeure pour le pays, avec plus de 2 000 ouvrages sur tout le pays, qui représentent 80% de la consommation énergétique. De plus, le Brésil est le pays avec le plus grand potentiel hydraulique mondiale. Cependant, il y a un très grand mouvement anti-barrages, constitué de nombreux acteurs plus ou moins influents, d'associations environnementales, mais surtout de tribus indigènes qui font connaitre leur droit sur leur terre d’origine. En effet, ces acteurs représentent un très gros lobby anti-barrages. Ils font la constatation que certains barrages sont très peu rentables, en pesant les pertes et les gains associés aux barrages. En effet, les pertes environnementales dues à la submersion d’une partie de l’Amazonie ne sont pas du tout compensées par une production énergétique médiocre des barrages de Balbina dans l’Amazonas et de Samuel dans le Rondônia. Ces contestations internes au Brésil sont très fortement médiatisées si bien que toutes les associations anti-hydroélectricité de la planète contestent la politique brésilienne. L’emblème de cette contestation étant Raoni Metuktire, un grand chef du peuple Kayapo, ambassadeur pour la protection de la forêt amazonienne. Il lance une campagne féroce contre le projet du barrage de Belo Monte et demande l’aide de nombreux pays, notamment en participant à la COP 21.

Les impacts

« Quels grands projets sont construits ? Avec l’aide de mes associés à la recherche, nous avons découvert que ce ne sont pas nécessairement les meilleurs, mais plutôt ceux pour lesquels les promoteurs réussissent le mieux à concevoir (délibérément ou non) un monde imaginaire de coûts sous-estimés, de revenus surestimés, d’effets de développement local surévalués et d’impacts environnementaux sous-estimés. » — Professeur Bent Flyvbjerg, Université d’Oxford.

On pourrait penser que la vision de Bent Flyvbjerg est assez pessimiste, mais elle reflète une grande majorité des conclusions des analyses économiques, sociales et environnementales faites sur les grands barrages hydroélectriques.

Économiques

Les différents acteurs : de la conception du barrage jusqu'aux consommateurs d'électricité

Les acteurs ayant un impact économique au sein du secteur hydroélectrique sont nombreux et interviennent d'une manière assez chronologique au fil de l'avancement du projet et des ses différentes étapes :

• la conception du barrage hydroélectrique ;
• la construction du barrage ;
• le contrôle une fois la construction terminée ;
• l'exploitation de la centrale hydroélectrique reliée au barrage ;
• la maintenance du barrage ;
• les transporteurs et distributeurs d'électricité (ou ceux qui permettent l'acheminement de l'électricité par le biais de lignes à haute tension, de la centrale jusqu'aux consommateurs) ;
• les fournisseurs d'électricité (les vendeurs d'électricité aux consommateurs).

De plus, ces acteurs peuvent venir du privé comme du public, et intervenir avec plus ou moins d'autorité sur le projet. La plupart des projets sont mêmes des partenariats public-privés (PPP).

	Conception	Construction	Contrôle	Exploitation	Maintenance	Transporteurs/Distributeurs	Fournisseurs
Acteurs Privés	Sociétés d'ingénierie, montage de projets, banques privés	Acteurs du BTP, banques privés (consortium), investisseurs, fabriquants de turbines et d'alternateurs	Souvent les mêmes que pour la construction, ingénieurs en génie civil	Producteurs d'électricité (peuvent être les mêmes que les distributeurs et les fournisseurs)	Ouvriers	Très peu de distributeurs d'électricité privés	Fournisseurs indépendants (100% verts, grande distribution) si l'Etat ouvre le marché à la concurrence (c'est le cas en France mais pas forcément dans tous les pays)
Acteurs Publics	Etat, Banque Mondiale (prêts aux Etats et/ou financements directs)	Organisations nationales et internationales (continentales/mondiales) aidant financièrement à la réalisation du projet	Etat	Etat (par le biais des sociétés nationales dans lesquelles l'Etat est le principal actionnaire)	Etat	Sociétés nationales de distribution d'électricité	Fournisseurs nationaux d'électricité (EDF en France ou la SNEL en RDC)

Tous ces acteurs sont directement impliqués dans les différents flux financiers qui permettent l'acheminement de l'électricité du barrage aux consommateurs.

Coûts directs

Les coûts directs sont à la charge du producteur d’électricité et conditionnent la rentabilité de l’aménagement hydroélectrique. Ils comportent des dépenses d’investissement (achat de terrain, construction du barrage, achat de turbines, d’alternateurs et d’autres équipements électriques, etc.) et des dépenses de fonctionnement pendant toute la durée de vie des installations (salaires du personnel, fluides, maintenance, etc.). Ces dernières, ne comportant pas de combustibles, sont relativement réduites. Elles ne dépassent généralement pas 25% du coût du kWh (contre 40% pour des centrales nucléaires et 70 à 80% pour des centrales à charbon ou au gaz naturel). Le coût du kWh hydroélectrique est donc constitué à 75% de charges d’investissement (capital initial et intérêts), ce qui en fait une filière de production électrique avec une faible variation des coûts au cours du temps.

La plage de variation des coûts d’investissement, elle, est beaucoup plus large que celle des autres filières parce que les différences géologiques et hydrographiques des sites à équiper sont considérables. Un coût élevé de l’investissement ne signifie cependant pas que le kWh hydroélectrique est plus coûteux que les autres puisque annuellement les dépenses de fonctionnement seront très réduites. Le calcul des coûts unitaires est cependant compliqué par l’extrême variabilité du nombre d’heures annuelles de fonctionnement d’une centrale. A cela, s'ajoute plusieurs variables dont dépend la production hydroélectrique :

• les régimes d'alimentation des cours d'eau, qui comportent des aléas de débit en un point donné ;
• la durée annuelle de fonctionnement d'une centrale qui est soumise à divers ordres internes et externes : des volumes d'eau retenus ou lâchés peuvent être commandés en amont ou en aval ;
• les débits réservés : des contraintes peuvent être imposées par des usages alternatifs de l'eau (navigation, irrigation, pêche, loisirs).

En dépit de leur extrême variabilité, les coûts unitaires des kWh hydroélectriques restent dans une fourchette qui supporte très bien la comparaison non seulement avec le nucléaire et le thermique classique (3 à 5 cents $/kWh soit environ 6 c€/kWh) mais aussi avec les filières à base d'énergies renouvelables.

Viabilité économique d'un barrage

Bénéfices

Les bénéfices d'un aménagement hydroélectrique ne sont pas seulement économiques. Ce dernier peut, en effet, régulariser le débit d’un cours d’eau et éviter des crues dévastatrices, assurer un passage aux cultures irriguées et élever le revenu des agriculteurs. Un barrage a donc de nombreux bénéfices sociaux et environnementaux, pouvant améliorer parallèlement la situation économique des habitants vivant autour.

Les plans d'eau créés grâce aux barrages peuvent également être sources de revenus pour le producteur d'électricité. Il y a la possibilité de créer une base de loisir (si le lieu s'y prête), un lieu touristique (attirance pour les grands édifices). Toutes ces possibilités peuvent être un atout indéniable pour la région autour du barrage et peuvent permettre la création de nombreux emplois avec, par exemple, la création d'un lieu touristique entraînant la construction d'hôtels, de centres de vacances, de restaurants, etc.

Un barrage hydroélectrique est donc générateur de nombreux bénéfices (sociaux, économiques et environnementaux) à mettre en regard face aux coûts externes, en plus des coûts directs déjà traités.

Coûts externes et financements

Les bénéfices et coûts externes doivent être pris en compte par l'Etat, au nom de l'intérêt général, pour les choix énergétiques d'un pays.

En effet, un barrage hydroélectrique peut également avoir des conséquences sociales et environnementales néfastes, ce qui entraîneraient des conséquences économiques dramatiques : noyer des terres fertiles et contraindre au déplacement de populations, provoquer l’enlisement d’un cours d’eau et porter atteinte à ses richesses aquatiques, etc. Les externalités (qu'elles soient positives ou négatives) sont encore plus difficiles à quantifier que les coûts unitaires directs, mais on peut retenir l’excellente position de l’énergie hydroélectrique dans la hiérarchie des coûts externes associés aux diverses filières électriques.

Ainsi, sur la base de ses coûts directs et externes, l'énergie hydroélectrique devrait se développer à un rythme supérieur aux 2% par an observés depuis plusieurs années. Elle bute cependant sur plusieurs obstacles, le premier étant les difficultés de financement, les coûts directs étant assez élevés (particulièrement les dépenses d'investissement, c'est-à-dire toutes les dépenses comprises entre le début de la conception du projet hydroélectrique jusqu'à la mise en service de la centrale). Dans le contexte d’une industrie électrique libéralisée, les coûts élevés de l’investissement hydroélectrique semblent très risqués au regard des critères de gestion des entreprises privées. Il est donc indispensable que les pouvoirs publics et les organismes internationaux, au nom de l’intérêt collectif, dégagent des moyens de financement à long terme.

Projet INGA 3 en République Démocratique du Congo : symbole d'une prospérité naissante ou endettement national ?

INGA 3 s'inscrit dans le projet du Grand INGA, qui, s'il est réalisé, deviendrait le plus grand barrage hydroélectrique du monde avec une production en électricité de 40 000 MW par an. Son objectif serait de mettre fin à l’extrême pauvreté en Afrique (91% des congolais n'avaient pas accès à l'électricité en 2013) et devenir un exemple de technique et de richesse partagée pour les pays en voie de développement :

• Cela fournirait de l’électricité pour plus de neuf millions de personnes dans le grand Kinshasa et dans l’arrière-pays ;
• Cela générerait des revenus pour le gouvernement de la RDC, qui pourrait être investi dans l’amélioration des conditions de vie (hôpitaux, école, accès à un internet, etc.) ;
• Cela créerait des emplois grâce à la construction et à la fourniture d’électricité aux entreprises ;
• Cela stimulerait le développement économique et industriel de tout le continent africain.

Les données économiques (de Tim Jones, économiste d’Oxford) vont donc permettre l’analyse du projet INGA 3 et la conclusion sur sa capacité à atteindre ses objectifs.

Entre coûts de construction et revenus générés

Carte du fleuve Congo présentant la localisation des barrages INGA 1 et 2, et le projet INGA 3

Les barrages d'INGA (INGA 1 et 2 déjà construits) sont situés dans l'ouest de la République démocratique du Congo, à 150 km en amont de l'embouchure du fleuve Congo et à 225 km au sud-ouest de Kinshasa (capitale congolaise). Le Congo est le deuxième plus grand fleuve au monde en termes de flux (42,000 m³/s), après l'Amazone, et le deuxième plus long fleuve d'Afrique (4 700 km), après le Nil.

Pour la construction d'INGA 3 (probablement réalisée par un consortium chinois et/ou espagnol), il n'y aurait pas de fermeture du fleuve Congo et pas de tunnels, juste un canal ouvert (voir carte ci-contre). Un débit de 6 000 m³/s d'eau serait détourné pour INGA 3 par une vallée se situant parallèlement au lit du fleuve Congo.

En 2014, la Banque mondiale a déclaré que les coûts de construction d’INGA 3 et les lignes de transport d’énergie pourraient être entre 11 et 14 milliards de dollars. Le NEPAD (Nouveau Partenariat pour le développement de l’Afrique) a estimé le coût du projet de 12 à 14 milliards de dollars. La Banque mondiale a également suggéré que le gouvernement de la République Démocratique du Congo (RDC) devrait financer la prise d’eau, le canal et le barrage (probablement avec des prêts d’institutions), tandis que les entreprises privées financeraient le reste du projet.

Un examen des dépassements de coûts des projets d’électricité a révélé que les projets hydroélectriques, principalement en Amérique du Nord et en Europe, ont un dépassement de coût médian de 30 % et un dépassement de coût moyen de 70 %. Il faut également prendre en compte les coûts de distribution de l’électricité : une étude a révélé que les dépassements de coûts des lignes de transmission augmentent proportionnellement avec la longueur de la ligne électrique. Cette recherche s’appuie en particulier sur la ligne Inga-Kolwezi construite en 1982 qui a coûté 260% de plus qu’initialement prévu.

Ainsi, dans son rapport, Tim Jones propose plusieurs scénarios :

Tableau présentant les MW généré par heure chaque année en fonction du facteur de capacité pris en compte dans chaque scénario

• le meilleur scénario se base sur l’estimation du coût le plus faible du NEPAD, représentant 12 milliards de dollars ;
• le scénario médian prévoit un dépassement des coûts de 30% ;
• le scénario pessimiste prévoit un dépassement des coûts de 70% ;
• et le pire scénario prévoit un dépassement des coûts de 100%.

L’analyse économique de la Banque Mondiale suppose qu’INGA 3 va produire en moyenne 4 102 MW par heure chaque année, soit un facteur de capacité de 86 %. Cependant, aucune preuve n'est fournie pour soutenir ce chiffre, lui-même impliqué dans l’estimation du rendement économique de la centrale hydroélectrique.

À l’échelle mondiale, le groupe d’experts intergouvernemental affirme que les centrales hydroélectriques opèrent en moyenne à 44 % de leur capacité. INGA 1 et INGA 2 fonctionnent à 52 % de leur capacité après respectivement 44 et 34 ans d’utilisation. Il existe peu de grands barrages modernes en milieux tropicaux mais à titre de comparaison, l’immense barrage des Trois Gorges tourne à 51 % de sa capacité. Il est donc peu probable que ce barrage batte ainsi tous les records sachant que les pays en voie de développement ne maîtrise pas toute sa technologie et ne dispose pas d’énormes capacités financières.

Il faut également ajouter à cela des pertes de transmission d’électricité, c’est-à-dire que la quantité d’énergie fournie par la centrale à la sortie ne sera pas la même que celle au moment et à l’endroit où elle est utilisée. Ces pertes sont liées à la qualité du réseau de distribution (fils électriques, transformateurs), mais également à la distance qui sépare la centrale de l’endroit où elle est utilisée. L’Agence internationale de l’énergie affirme que la RDC perd 20 % de son électricité dans la transmission à cause de pertes physiques de transmission et d’utilisation impayée de l’électricité.

Autoroutes de l'énergie électrique au départ du site d'Inga

Si les pertes de transmission étaient de 12 % jusqu’à la frontière sud-africaine, il faudrait utiliser 2 840 MW de la production d’électricité pour atteindre cet objectif. Ce chiffre s’élève à 3 049 MW dans le pire des cas, en fonction des pertes de transmission. Toutefois, 3 049 MW représente plus qu’INGA 3 ne génèrerait dans le pire des scénarios envisagés plus haut, en moyenne sur une année. Cela signifie qu’il n’y aurait plus d’électricité pour les sociétés minières du Katanga ou pour les résidents de Kinshasa. Dans les scénarios où de l’électricité reste à vendre, nous la répartissons proportionnellement entre les résidents de Kinshasa et les mines du Katanga, suivant le ratio de l’analyse économique de la Banque mondiale (72% pour les mines, 28% pour Kinshasa).

Le projet vendra donc la majeure partie de son électricité à l’Afrique du Sud, puis viendront ensuite les mines de la région du Katanga, ce qui laisserait que très peu d’électricité pour les congolais (électricité qui ne serait sûrement pas partagée de façon égalitaire par tous les congolais) : en 2013, on estime que 9% de la population de la RDC a accès à l’électricité, soit 6,9 millions de personnes qui consomment en moyenne 1,14 MWh par an. L’augmentation possible de 10% de l’approvisionnement en électricité domestique d’INGA 3, serait donc probablement répartie entre l’augmentation de la consommation d’électricité pour ceux qui y ont déjà accès et l’accès destiné à de nouvelles personnes. Si répartie de manière égale, 340 000 personnes de plus auraient accès à l’électricité.

Coûts de financement et impacts économiques pour la RDC

INGA 3 est clairement un projet risqué compte tenu de son ampleur et de sa complexité, notamment son transport à travers plusieurs frontières. Les investisseurs en capitaux propres auront certainement besoin de contrats qui leur garantissent au moins 20 % de rendement annuel. Les investisseurs privés s’assurent que ces rendements sont réalisables dans la manière dont ils structurent le contrat.

Le seul risque potentiel qui subsiste est la construction du barrage. Ainsi, pour que le projet avance, le gouvernement de la RDC aura certainement besoin d’accéder à des prêts concessionnels pour financer sa part du projet. Le gouvernement a l’intention de financer la prise d’eau, le canal et le barrage. Hors aux taux actuels, INGA 3 nécessiterait donc jusqu’à 20 ans des prêts concessionnels disponibles pour le gouvernement de la RDC, soit un coût d’opportunité (coût de la non-réalisation d’un investissement) énorme. En réalité, bien que les banques de développement peuvent augmenter leurs prêts à la RDC en faisant valoir que c’est un projet régional important, il est légitime de se demander si la RDC sera capable de trouver des financements pour la construction du barrage.

Scénarios des coûts et bénéfices financiers pour le gouvernement congolais, par année (en millions de dollars)

Le gouvernement de la RDC sera donc dans l’obligation d’emprunter, il faut donc prendre également en compte les taux d’emprunt possibles. Il est en effet possible que le taux d’intérêt fasse varier la dette de la RDC et il est donc primordial de savoir sa valeur à l’avance. Les taux d’intérêt les plus bas qu’un projet puisse obtenir, sont équivalents aux taux d’intérêt auxquels le gouvernement du pays concerné pourrait emprunter. Les financeurs de dettes pour les projets PPP (Partenariat Public Privé) en Afrique, y compris en matière d’énergie, exigent normalement des garanties publiques. Or, la RDC est connue pour sa corruption répandue au sein des plus hautes sphères. La plupart des infrastructures de grande taille dont la construction s'étend au fil des années sont connues pour leurs dépassements de coûts énormes.

Dans les scénarios pessimistes, les coûts supplémentaires tomberaient sous la responsabilité du gouvernement de la RDC, additionnés au paiement de la dette. Cela pourrait également entraîner des coûts additionnels pour l’Afrique du Sud et les investisseurs du projet, notamment les institutions publiques pour des raisons de défaut de dette ou de restructuration. Ainsi, d'après le scénario médian, INGA 3 entraînerait une perte de 618 millions de dollars chaque année pour la RDC.

Il existe tout de même quelques points positifs : le projet INGA 3 pourrait créer des emplois. La SNEL (société nationale d’électricité de la RDC) indique qu’il y aurait en moyenne 3 000 emplois pendant la phase de construction, avec un pic à 7 000 emplois. Les dépenses courantes des centrales hydroélectriques étant ensuite très faibles, peu d’emplois sont nécessaires pour l’exploitation et la maintenance. Le nombre d’emplois de longue durée serait donc très faibles (de l’ordre de quelques centaines). Il faut ajouter à cela que beaucoup de matériaux et de technologies seront importés d’autres régions du monde. Ce projet ne serait donc pas si bénéfique d’un point de vue socio-économique.

Un autre point qui pourrait être positif : la RDC aurait la possibilité d'augmenter ses revenus en taxant la société privée impliquée dans le PPP. Cependant, les investisseurs PPP exigeraient également de structurer le contrat de manière à s’assurer qu’ils obtiennent un retour après la mise en place des modalités d’imposition. La structuration financière du projet permettra sûrement aux entreprises privées concernées de générer des profits à l’étranger plutôt qu’en RDC, ce qui serait finalement le résultat inverse de l’objectif souhaité au départ par la RDC.

Tableau présentant le rendement global moyen par année, pour le gouvernement congolais, en fonction des différents scénarios (en millions de dollars)

Dans le meilleur des cas, INGA 3 signifierait une dette nouvelle de 3 milliards de dollars pour le gouvernement, passant à 6 milliards de dollars dans le pire des cas. La notation de la dette de la RDC étant déjà de modérée, elle passerait à élevée, si l’un des seuils du FMI et de la Banque mondiale est dépassé dans le scénario de référence. Et, tout choc économique combiné avec l’emprunt supplémentaire d’INGA 3, pourrait faire basculer la RDC dans la catégorie à risque élevé. Et si elle était notée comme telle, cela réduirait encore le financement concessionnel futur disponible auprès de la Banque mondiale et de la Banque africaine de développement, car elles sont autorisées à accorder seulement des subventions et non des prêts, pour les pays à risque élevé. Le montant total des fonds disponibles diminuerait grandement, ce qui compromettrait fortement l’avenir viable de ce projet de grande envergure.

Industrie hydroélectrique canadienne : l'exemple à suivre ?

Evacuateur de crue de l'aménagement Robert-Bourassa au Québec : le plus grand barrage au Canada avec une production de 7 722 MW par an

L’hydroélectricité représente pour l’économie du Canada un avantage concurrentiel indéniable. L’hydroélectricité est une source fiable d’énergie abordable et à faibles émissions pour la plupart des provinces et de nombreux marchés aux États-Unis. L’industrie hydroélectrique canadienne est la source de multiples retombées qui touchent pratiquement chacun des secteurs de l’économie nationale. Elle assure un approvisionnement stable et à prix abordable, qui a permis le développement de nombreuses industries au Canada et qui continue de soutenir la compétitivité de l’économie canadienne.

Coûts d'investissement

En 2013, la production d’électricité au Canada atteignait 620 TWh, dont 388 TWh de source hydroélectrique. Plus de 60% de l'électricité produite au Canada vient donc de sources hydroélectriques. Le gros de la puissance hydroélectrique du Canada vient du Québec et de Colombie-Britannique. Mais pour atteindre ces chiffres, le Canada a du investir des sommes relativement importantes. Ainsi, les dépenses d'immobilisation (investissements engagés pour des biens durables et qui ne sont pas destinés à la revente afin de développer le potentiel productif de l’entreprise) pour la production, le transport et la distribution d'hydroélectricité sont estimés à plus de 10 milliards de $ en 2013.

Revenus, dépenses d'exploitation et retombées économiques

Dépenses et revenus estimatifs de l'industrie hydroélectrique canadienne en 2013 (en millions $)

Les revenus tirés des activités de production, de transport et de distribution de l’hydroélectricité sont estimés à un peu plus de 26 milliards de $ en 2013. Ce chiffre englobe les ventes intraprovinciales et interprovinciales ainsi que les exportations. Étant donné les importantes dépenses d’immobilisations initiales généralement encourues par les grands projets hydroélectriques, ces revenus sont consacrés en grande partie aux obligations de financement.

Les dépenses d’exploitation correspondent aux coûts récurrents liés à la production, au transport et à la distribution de l’hydroélectricité. Ces dépenses comprennent les coûts de main-d’œuvre, le matériel et d’autres intrants intermédiaires comme l’énergie consommée pour la production. Les dépenses d’exploitation pour l’hydroélectricité sont relativement modestes en proportion des revenus totaux (20% en moyenne). Une fois l’infrastructure construite, les intrants (éléments internes au processus de production) sont peu importants – contrairement aux autres filières conventionnelles de production d’électricité telles que le charbon ou le nucléaire. Les dépenses d’exploitation estimatives liées à la production, au transport et à la distribution de l’hydroélectricité ont totalisé près de 5,4 milliards de $ en 2013.

En 2013, l’ensemble des retombées (directes, indirectes et induites) des dépenses d’immobilisations dans les infrastructures hydroélectriques et la production d’hydroélectricité a apporté une contribution de 37 milliards de $ au PIB du Canada et a soutenu 135 400 emplois. Le Canada est donc un des rares pays à travers le monde qui a su tirer profit de cette énergie renouvelable pour développer son économie nationale et gagner son indépendance énergétique en utilisant ses ressources naturelles.

Sociaux

À qui profitent les barrages ?

Construire un barrage est une décision qui relève souvent de l’Etat et qui a des conséquences considérables sur les populations locales. L’objectif principal des barrages hydroélectriques est bien évidemment de produire de l’électricité. Il convient alors d’identifier qui seront les bénéficiaires du barrage. Dans certains cas, l’électricité produite profitera aux habitants, en leur permettant un meilleur accès au réseau électrique. C’est le cas pour la plupart des barrages hydroélectriques en France, qui, couplés à d’autres moyens de production d’électricité, permettent de couvrir les besoins énergétiques du pays. Dans d’autres cas, l’électricité produite est réservée aux industries ou aux exportations : les objectifs économiques entrent alors en conflit avec le bien-être des habitants. En effet, dans tous les cas, la mise en place d’un barrage s’accompagne d’effets déplaisants pour les riverains. Il s’agit alors de trouver le bon compromis entre bénéfices et inconvénients.

Des habitants d'un village proche du futur INGA 3 qui ne bénéficieront pas de l'électricité produite

On peut évoquer le projet INGA 3 en République du Congo, qui fait actuellement débat. A ce jour, le projet communiqué n’est pas clairement défini, et on ignore à qui profitera l’électricité produite. En 2018, seulement 15% des habitants avaient accès à l’électricité, les populations pourraient donc légitimement être les bénéficiaires prioritaires de l’électricité produite par le barrage. Or, la plupart de la production sera réservée aux industries minières de la RDC et à l’exportation vers l’Afrique du Sud. Ce projet provoquerait de plus la perte des terres agricoles de la vallée de Bundi et déplacerait des populations. On comprend alors le débat suscité par ce projet qui créerait des bénéficiaires et des victimes bien distincts.

Migrations

La mise en place d’un barrage implique des migrations de populations entrantes et sortantes.

La construction d’un barrage exige une main d’oeuvre qualifiée, qui bien souvent ne correspond pas à la main d’oeuvre sur place. Si de nombreux emplois sont créés par les travaux de construction, l’exploitation des barrages requiert peu de main d’oeuvre, et ainsi les emplois créés ne sont disponibles que pour la période de construction du barrage.

Le choix du site de construction d’un barrage se fait principalement sur des critères géologiques et géographiques, pour maximiser leur productivité et leur rentabilité. Les sites propices à la construction d’un barrage ne sont pas indénombrables, ainsi les Etats n’ont souvent pas d’autres choix que de forcer des populations à partir. Cela arrive lorsque des villes riveraines sont englouties ou des zones inondées, ou lorsque des terres agricoles sont submergées par les eaux, forçant les paysans à aller travailler ailleurs. Selon un rapport de la Commission mondiale des barrages, entre 40 et 80 millions de personnes ont été déplacées à cause des barrages au cours du siècle dernier. Plus largement, 472 millions de personnes ont été affectées par les impacts en aval des barrages, tels que la diminution des terres fertiles et des ressources halieutiques, la baisse de la qualité de l’eau, qui entraîne des maladies, ou encore la déforestation. Ces migrations forcées peuvent avoir un impact considérable ; au Brésil, le barrage de Jirau, dont la construction a commencé en 2008 et s’est achevée en 2016, a délogé des tribus indigènes isolées, les menaçant d’extinction car celles-ci dépendent plus que tout autre peuple de la nature et de leurs terres pour survivre.

Risques

Les barrages représentent un danger, certes faible, mais des scénarios catastrophes ont déjà eu lieu. En moyenne, deux barrages cèdent dans le monde chaque année. La principale conséquence est l’inondation de la vallée et des villes environnantes, pouvant être mortelle pour les populations locales. Les causes de rupture peuvent être diverses : techniques (défaut de fonctionnement, vieillissement des installations), naturelles (séismes, glissement de terrain) ou encore humaines (insuffisance des études préalables et du contrôle d'exécution, erreurs d'exploitation, de surveillance et d’entretien).

En revanche, la construction d’un barrage permet aussi de sécuriser les villages voisins, car en réglant la quantité d’eau circulant, on évite ainsi les inondations. Ce fut le cas pour le barrage des Trois-Gorge en Chine.

Le chantier titanesque du barrage des Trois-Gorges

Localisation du barrage des Trois-Gorges

Le chantier du barrage des Trois-Gorges en Chine

A partir des années 1980, la politique énergétique de la Chine s’est modifiée et l’accent fut mis sur la production d’électricité hydraulique. C’est ainsi en 1993 que commença le chantier gigantesque du barrage des Trois-Gorges, sur le Yangzi, le plus long fleuve de Chine.

Ce chantier titanesque de 13 années aura pour conséquence de déloger plus d’un million de personnes. En tout, le lac de retenue engloutira 6 villes et en inondera partiellement 13 autres. De plus, 4 500 villages et hameaux, 140 bourgs ruraux et 657 industries disparaîtront sous les eaux, et on compte 160 sites archéologiques majeurs qui ont disparus. Les autorités doivent ainsi reloger ces populations, fournir des terres agricoles aux paysans, donner des emplois aux citadins, etc. Le gouvernement chinois ayant sous-estimé le nombre de déplacés que le barrage impliquerait, les indemnisés sont tirés au sort. Les populations sont séparées dans les quatre coins de la Chine, et de nombreuses personnes n’ont pas retrouvé la qualité de vie qu’elles avaient auparavant ou ont connu des difficultés d’adaptation.

Le réalisateur et cinéaste chinois Jia Zhangke a illustré le traumatisme qu’ont vécu les populations déplacées dans son film Still Life, sorti en 2006 et filmé à Fengjie, ville millénaire qui fut engloutie quelques mois après le tournage.

La catastrophe du barrage de Malpasset en France

En 1954 fut inauguré le barrage de Malpasset, dans la vallée du Reyran, dans le Var, afin de constituer un réservoir d'eau permettant d'irriguer les cultures dans une région où les pluies sont très irrégulières. Les pluies torrentielles d’automne 1959 provoquèrent sa rupture le 2 décembre 1959, libérant 50 millions de mètres cubes d’eau. Une vague de 40 m de haut déferle dans l'étroite vallée à la vitesse de 70 km/h, jusqu’à déboucher sur Fréjus puis se jeter dans la mer. Cet accident fit 423 victimes et d’immenses dégâts matériels.

Aucune faute n’a été établie envers les constructeurs par les différentes juridictions. La structure en voûte, solide, n’a pas été mise en cause, la catastrophe est imputable aux déficiences géologiques du site.

Environnementaux

Les conséquences de l’installation d’un barrage sur l'environnement, que ce soit sur la faune ou la flore, sont multiples et leur analyse, dans le but de les limiter, impose une catégorisation de ces impacts.

Leur étude mène à prendre en compte le lieu de l’impact ainsi que ce qui est impacté. Ainsi, on peut distinguer plusieurs types de conséquences concernant le lieu d'impact :

• celles sur le milieu amont de l'ouvrage,
• celles en aval de la construction,
• les conséquences locales,
• les impacts plus distants,
• les impacts engendrés par la fin de vie d'une telle installation.

D'autre part, deux compartiments sont intéressants à analyser en terme d'impacts :

• le compartiment abiotique (à savoir les impacts sur les débits, les sédiments, la chimie et la thermie du fleuve ou de l’étendue d’eau concernée),
• le compartiment biotique (en particulier les conséquences sur les organismes aquatiques).

Tous ces impacts seront explicités, développés et illustrés par la suite.

Les effets en amont de l'ouvrage

Les effets mesurés en amont impactent principalement le compartiment biotique. Les salmonidés (une famille de poisson), qui sont de grands migrateurs, ont besoin de différents milieux de vie selon leur stade de croissance : cela les oblige à migrer fréquemment et les digues créées par l’installation de barrages s’opposent généralement à leur remontée migratoire. Cette barrière a pour conséquence de modifier, dans certaines zones, intégralement le peuplement piscicole. On observe alors une transformation de l’écosystème et une banalisation de la biodiversité. La biomasse piscicole est largement inférieure près d’un barrage que dans un lac naturel.

Eau fortement sédimentée suite à l'implantation d'un barrage et à une modification de l'envasement naturel du cours d'eau

De plus, l’installation d’un tel ouvrage et la modification du milieu de vie permettent et favorisent la naissance d’espèces exotiques qui n’auraient pas pu se développer en tant que telles dans le milieu initial : l’apparition non naturelle de telles espèces peut entraîner une concurrence avec les espèces autochtones, qui peut mener à leur extinction. On observe parfois un renouvellement total de la population piscicole.

En plus de cela, certaines études montrent que le taux de mercure en amont et en aval du barrage est largement supérieur au taux normal. Cette augmentation est due à un effet secondaire de l’inondation de terres : en effet, ces inondations créent un milieu favorisant des bactéries produisant du méthylmercure. En plus de déséquilibrer l'écosystème, cette molécule peut être toxique pour les espèces animales environnantes mais également pour l’Homme. Chez certaines personnes habitant non loin d’une retenue d’eau, les taux de mercure dépassent largement ceux conseillé par l’Organisation Mondiale de la Santé.

En amont, l’installation d’une telle infrastructure peut modifier les caractéristiques naturelles du milieu, tel que l’envasement. Par exemple, l’estuaire de la Rance (en Bretagne, France) a vu son envasement naturel être fortement impacté par la présence de deux barrages et par le mode de fonctionnement de l’usine marémotrice. En effet, la présence de barrages et de retenues d’eau en général favorise le dépôt de sédiment fins, ce qui entraîne une uniformisation des fonts et une réduction de la diversité des biocénoses.

Les effets en aval de l'ouvrage

En aval d’un barrage, les conséquences environnementales sont tout aussi importantes et préoccupantes.

A l’aval immédiat d’une installation hydraulique, la teneur en oxygène dissous en très supérieur au seuil critique pour la vie aquatique. En effet, elle peut atteindre jusqu’à 12 milligrammes d’O2 dissous pour 1 litre d’eau considéré.

L’une des causes des conséquences que l’on observe aujourd’hui dans les zones où une installation hydraulique a été construite en amont est l’inversion très nette du régime hydrologique entre l’été et l’hiver. En effet, alors qu’en hiver, il y a l’instauration d’un étiage artificiel qui réduit les habitats possibles pour certaines espèces, en été et au printemps, il y a l’instauration d’un débit soutenu qui peut être en déphasage avec les cycles biologiques des espèces autochtones d’un point de vue aussi bien thermique que hydraulique. Des conséquences sont également notables sur l’écrêtement des crues hivernales qui jouent un rôle très important vis-à-vis de l’hydrogéologie (recharge des nappes phréatiques), de la géomorphologie (formatage de la matrice de substrat, entretien et recréation des formes), de la ripisylve (phases d’inondation et d’exondation pour la sélection des espèces adaptées) et des cycles biologiques (phase de migration de reproduction de certaines espèces piscicoles). La présence d’un barrage modifie artificiellement les conditions hydrologiques et hydrauliques du milieu. On observe en conséquence de cela des écarts thermiques importants entre la fin du printemps et le début de l’été : la reproduction et la croissance des juvéniles sont perturbées pour de nombreuses espèces (c’est le cas des cyprinidés d’eau courante).

Sécheresse provoquée par un barrage

Ensuite, on doit prendre en compte, dans l’étude des conséquences environnementales, le sédiment et sa dynamique d’entraînement. La retenue d’eau piège une grande partie des matériaux et cela peut conduire à un déficit sédimentaire à l’aval de l’ouvrage, à l’incision du lit mineur, à l’augmentation de la taille du substrat et au phénomène de pavage (élimination des fractions fines et moyennes qui sont bloquées par le barrage et n’équilibrent plus le flux continu de matériaux). L’accumulation de sédiments a aussi pour conséquence de limiter la conductivité hydraulique, l’habitat disponible, ainsi que la qualité de l’eau. Cela peut aussi entraîner des modifications du régime thermique en décalage par rapport au régime originel de cours d’eau. La température est un facteur important à prendre en compte, car elle conditionne la vitesse des réactions chimiques et biochimiques et donc les équilibres physico-chimiques ainsi que les phases des cycles biologiques.

Enfin, un barrage permet de stocker de l’eau dans un endroit où il n’y en a pas naturellement : cela a pour conséquence d’accélérer les sécheresses, en étiolant le cours d'eau en aval.

Les effets locaux

Localement, les impacts se mesurent aussi bien sur le compartiment biotique que sur celui abiotique.

D’un point de vue abiotique, bien que cela dépende fortement des dimensions de la retenue, de la nature du bassin et de sa fourniture naturelle en sédiments et en nutriments, on observe plusieurs phénomènes suite à l’installation d’un barrage, tels qu’une stratification thermique, une accumulation de sédiments et un enrichissement en nutriments. Ce dernier point est crucial car favorise un processus intense d’eutrophisation, qui entraîne une prolifération végétale, un appauvrissement en oxygène et un déséquilibre de l’écosystème présent. De manière générale, un barrage a pour conséquence de modifier localement les paramètres physico-chimiques et biologiques du milieu environnant, mais ces impacts sont fortement intensifiés lorsque les teneurs en nutriments des eaux sont excessives. On observe alors de nombreuses conséquences : de grandes variations de pH, une désoxygénation de l’eau, une prolifération de cyanobactéries, un relargage de métaux, une sédimentation importante, etc. Le problème majeur de la présence de cyanobactéries est la sécrétion de neurotoxines et de hépatotoxines.

D’un point de vue biotique, les communautés aquatiques vont être radicalement modifiées par l'implantation d’un barrage : seules les espèces propres aux milieux lents (limnophiles) auront tendance à s'installer dans de tels milieux et en nombre faible. La composition faunistique dépendra également des nouvelles conditions chimiques et thermiques apportées par l’installation hydroélectrique. Il faut aussi prendre en compte le risque élevé d’apparition d’espèces exotiques qui peuvent devenir envahissantes et défavorables à la persévérance de certaines espèces.

En outre, la construction de barrage provoque également des pertes d’espaces naturels au niveau local de par l’inondation de terres, de forêts et d’habitats, notamment à cause de la création du réservoir. A l’échelle mondiale, plus de 400 000 km carrés de terres ont ainsi été perdu (donnée datant de 2003). On peut prendre pour exemple le barrage des Trois-Gorges en Chine qui a entraîné l'inondation d'environ 600 km carrés de forêts et de terres agricoles depuis sa construction.

Dans le Sud-Ouest de la France, une analyse d’impacts a eu lieu sur les retenues de soutien des étiages. Cette enquête a montré que les retenues d’eau avaient des impacts assez importants sur la qualité des eaux, notamment sur le niveau trophique des réservoirs, c’est-à-dire la richesse des eaux d’alimentation en éléments nutritifs tels que le phosphore. Dans les tranches d’eau de surface, des mécanismes d’assimilation chlorophyllienne ont lieu, menant à la production d’oxygène dissous, à la consommation du carbone et des sels dissous. Cela entraîne une élévation du pH, une diminution de la conductivité et des teneurs en nutriments. A contrario, dans les tranches d’eau profondes, il y a des mécanismes de décomposition bactérienne : on assiste à une consommation de l’oxygène dissous et à une augmentation des teneurs en composés organiques, puis à une anoxie totale des eaux profondes due à la présence d’un gradient thermique.

On peut aussi prendre comme exemple le barrage de Kerne Uhel sur le Blavet, en Côtes d’Armor (France). Là-bas, les paramètres physico-chimiques de l’eau des réservoirs et des tributaires sont régulièrement suivis et analysés. Des dysfonctionnements importants ont été relevé, tels que des problèmes de désoxygénation, de proliférations algales, de blooms de cyanobactéries ou encore d’envasement accéléré. Pour tenter de remédier à ces problèmes, des mesures curatives ont été mises en place, telle qu’une oxygénation artificielle des réservoir par injection d’oxygène pur ou par aération-destratification. Le contrôle du développement des cyanobactéries est réalisé par épandages de sulfate de cuivre.

Les effets distants

Pont Wilson à Tours sur Loire

Les barrages sont souvent considérés comme une énergie verte et leur construction est vu comme un moyen de lutter contre le réchauffement de la planète. Cependant, leur construction et leur usage entraîne une hausse effective des gaz à effet de serre (GES). Même si le niveau d’émission varie grandement d’une année à l’autre et en fonction de la région où le barrage a été construit (milieu tropical VS forêt boréal), tous les réservoirs analysés émettent des GES, tels que du méthane et du gaz carbonique. Ce phénomène arrive en cas d’immersion d’une biomasse végétale importante : la décomposition de la matière organique en conditions anaérobies (en absence d’oxygène), autrement appelé méthanisation, conduit à la création et le rejet de méthane (CH4) hautement dangereux pour l’environnement. En plus de cela, l’inondation des terres et de forêts entraîne une décomposition microbienne qui augmente les émissions de GES.

De plus, les modifications des flux peuvent avoir des répercussions lointaines qu’il est important de souligner. Il peut y avoir des effets sur la morphologie, par manque de renouvellement et d’apport de substrat grossier. Certains exemples connus, comme l’effondrement du pont Wilson à Tours sur la Loire dans les années 1980, font suite à des problèmes d’érosion progressive, s’ajoutant à l’érosion régressive, tout cela étant la cause distante d’un changement de flux de sédiments. Cela peut aussi avoir des conséquences physiques sur les relations entre les nappes phréatiques et les cours d’eau qui les alimentent. Ces problèmes de corrosion, qui réduisent les épaisseurs de sédiments, ont un impact important sur l’efficacité des processus de digestion et de transformation de la matière organique et des nutriments.

L'impact environnemental du projet INGA 3

Le fleuve Congo vu de haut

Des impacts écologiques énormes (engendrés par le projet INGA 3) sont prévus sur les différents écosystèmes qu'abritent le fleuve Congo, tel que le piégeage de nutriments et de sédiments ainsi que la perte du panache de l’Atlantique (affaiblissement des volumes d'eau apportés par le fleuve et se déversant dans l'océan). De plus, le détournement du fleuve Congo pour créer un réservoir inonderait la vallée de la Bundi, noyant des terres agricoles locales et des espaces naturels, et pourrait causer d'énormes émissions de méthane qui contribueraient au réchauffement climatique. Par ailleurs, l'effet d'une diminution du flux du fleuve Congo pourrait entraîner une perte de biodiversité et un bouleversement dans les espèces dominantes. La zone inondée pourrait également créer un environnement propice au développement de vecteurs liés à l’eau tels que certains moustiques porteurs de maladies. En plus de la faune et la flore, les habitants de la région seraient également en danger.

Les lignes de transmission donnent également lieu à l'élimination de vastes couloirs de forêts. La RDC possède la deuxième plus grande forêt tropicale du monde et la perte de forêt pour créer des chemins pour les lignes électriques aurait des impacts environnementaux et sociaux significatifs, ceci sans parler des risques posés par la sécurité et l’entretien d’un tel système de transmission.

La fin de vie d'un barrage

Lorsqu’un barrage arrive en fin de vie et qu’on décide de le détruire, beaucoup de questions éthiques, sociales et environnementales se posent. Détruire un barrage libère dans l’aval du cours d’eau les sédiments, pouvant être toxiques, que l’infrastructure a accumulé pendant toutes ses années de fonctionnement.

De plus, la destruction d’un barrage ne permet pas de retrouver immédiatement l’environnement qu’il y avait avant sa construction. Pour les macroinvertébrés, ce processus peut se faire en quelques mois, mais il est question de plusieurs décennies, voir siècles, pour les arbres et la ripisylve. Certaines espèces, comme les moules d’eau douce, semblent ne pas montrer signe de reprise.

Des impacts positifs ?

Même si les impacts environnementaux des barrages semblent être, suite à l’énoncé des parties précédentes, catastrophiques, il ne faut pas oublier que les barrages sont, avant tout, positifs d’un point de vue énergétique et climatique. En effet, ils permettent de produire de l'électricité d’origine renouvelable tout en ayant un impact mineur en terme d’émissions de gaz à effet de serre. Contrairement aux autres types d’énergie renouvelable, un barrage permet de stocker et de produire de l’électricité quand le besoin est présent, grâce aux réserves d’eau.

Echelle à poissons permettant le passage d'un barrage par certaines espèces piscicoles

De plus, cette énergie a une forte valeur ajoutée : elle contribue à l’indépendance énergétique de la France sans produire de gaz à effet de serre.

Aujourd’hui, les impacts négatifs des barrages sur l’environnement sont largement connus : de tels ouvrages sont donc encadrés par des textes de loi, à la fois nationaux et européens.

• les barrages ne doivent pas faire obstacle à un cours d’eau ;
• ils doivent respecter et intégrer la continuité de la rivière, que ce soit pour la faune sauvage (remontée des poissons, etc.) mais aussi pour les sédiments. En France, afin de respecter et prendre en compte la migration saisonnière de certaines espèces de poisson, plus de 800 passes à poisson ont été construits pendant les 20 dernières années ;
• la production d’électricité ne doit pas s’accaparer de la totalité du débit du cours d’eau : au minimum 10% du débit moyen doit être maintenu ;
• certains cours d’eau ne peuvent pas être exploité pour bâtir un barrage (selon certains critères tels quel la qualité de l’eau, la situation géographique, la migration des poissons, etc.) ;
• l’eau qui est prélevée en amont et détournée pour passer dans la turbine du barrage doit rejoindre le cours d’eau en aval.

Le scénario Négawatt, scénario proposant une transition énergétique, repose sur trois pilliers : la sobriété énergétique, l'efficacité énergétique et l'utilisation des énergies renouvelables. Dans ce scénario, les barrages hydroélectriques ont toute leur place car il s'agit d'une énergie de flux (donc renouvelable).