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L'énergie hydroélectrique est une énergie électrique renouvelable issue de la conversion de l'énergie cinétique des cours d'eau en énergie électrique.

L’hydroélectricité s’avère être la troisième source de production électrique mondiale, avec une contribution de 16%, derrière le charbon (40%) et le gaz (19%). Chaque année, dans le monde, environ 4 000 térawatts-heure (TWh) d’électricité sont produits uniquement à partir de l’énergie hydraulique, soit plus de trente fois la production totale d’énergie électrique en France. Le petite hydroélectricité, qui représente les installations avec une puissance inférieure à 10 MW, apparaît intéressante à étudier dans le contexte actuel de remise en cause de nos modes de production d’énergie compte tenu de l’urgence climatique.

L’histoire de l’exploitation de l’énergie hydraulique est très ancienne. Depuis des centaines d’années, l’Homme a tout de suite perçu le potentiel de cette ressource qu’est l’eau, source d’énergie potentielle, naturelle, renouvelable et gratuite. Après avoir connu en France un engouement extraordinaire à la fin du XIXe siècle, la petite hydroélectricité est rapidement limitée par la construction de grandes infrastructures afin de palier à la demande énergétique croissante. Néanmoins, face aux incertitudes générées par le réchauffement climatique, la gestion de la ressource en eau est devenue un enjeu majeur mondial, tant pour la production d’énergie que pour ses multiples usages. Les perspectives de développement de la petite hydroélectricité dans le monde sont considérables et vont de paire avec une réflexion globale sur l’utilisation géopolitique de cette source d’énergie renouvelable et décarbonée.

Aperçu de l'hydroélectricité

Production mondiale d'électricité - 2015

L'énergie hydroélectrique est une énergie électrique renouvelable issue de la conversion de l'énergie cinétique des cours d'eau en énergie électrique. Les premières utilisations de cette source d'énergie remontent à l'Antiquité où l'énergie des cours d'eau entraînait les roues des moulins. Aujourd'hui, l'énergie cinétique de l'eau est convertie en énergie mécanique au moyen d'une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur.

L’hydroélectricité est une source d'énergie importante puisque qu'elle représente environ 16% de la production totale d’électricité dans le monde, et 12% en France. Les aménagements hydroélectriques présentent de nombreux avantages : ils possèdent de très bons rendements, ils ne génèrent pas de déchets de transformation et possèdent un très bon taux de retour énergétique. Ils contribuent aussi à la stabilité du réseau électrique avec les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP).

Production d'électricité en France - 2018

C’est également l’une des énergies la plus propre avec un taux de ${\ce {CO2}}$ émis très faible. Néanmoins, ces aménagements ne sont pas sans impacts sur l'environnement puisqu'ils perturbent l'écoulement naturel des cours d'eau. Les barrages retiennent les sédiments et empêchent la libre circulation des espèces aquatiques.

En fonction de la hauteur de chute et du débit d’eau, les installations sont classées en différentes catégories, chacune possédant une turbine spécifique adaptée à son environnement. Les installations hydroélectriques les plus connues sont les centrales lacs; ce sont elles qui nécessitent la création de très grands barrages. On retrouve ensuite les centrales éclusées, puis les centrales au fil de l’eau, et enfin les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP).

Une Petite Centrale Hydroélectrique (PCH) est une installation de production hydroélectrique au fil de l'eau d'une puissance inférieure à 10 MW.

Les avantages de l'hydroélectricité. Source : France Hydroélectricité

L'Union Internationale des Producteurs et Distributeurs d'Energie Électrique (UNIPEDE) classe les différentes centrales en fonction de leur puissance :

Type de centrale hydraulique	Puissance accordée
Grande hydroélectricité	Supérieure à 10 mégawatts
Petite hydroélectricité	Entre 10 et 2 mégawatts
Mini hydroélectricité	Entre 2 et 0,5 mégawatts
Micro hydroélectricité	Entre 0,5 et 0,02 mégawatts
Pico hydroélectricité	Inférieure à 0,02 mégawatts

Technique

Fonctionnement d'une centrale hydroélectrique

La majorité des petites centrales hydroélectriques sont situées sur des rivières ou des petits cours d’eau et sont « au fil de l’eau ». Toute l'eau stockée au niveau de la retenue d’eau s’écoule en moins de deux heures. Un barrage placé sur le cours d’eau crée une retenue d’eau. Une partie de l’eau est captée et passe à travers une conduite forcée qui la transporte jusqu’au bâtiment de la centrale, situé en contrebas. Le but d’une telle installation est d’utiliser l’énergie potentielle de l’eau stockée pour mettre en rotation une ou plusieurs turbines (situées dans le bâtiment de la centrale). La mise en mouvement de la turbine crée un travail mécanique qui est transformé en énergie électrique par l’intermédiaire d’un alternateur. Un transformateur est ensuite utilisé pour distribuer cette électricité vers le réseau aux valeurs de tensions et d’intensités souhaitées. L’électricité produite est livrée sur le réseau de distribution à proximité.

Finalement, on peut séparer une petite centrale en quatre éléments :

• les ouvrages de prise d’eau (barrages, digues)
• les ouvrages d’amenée et de mise en charge (conduite forcée, canal d’amenée)
• les équipements de production (turbines, générateurs, systèmes de régulation)
• les ouvrages de restitutions qui renvoient les eaux turbinées dans la rivière au moyen d'un canal de fuite

La construction de ce type d’installation peut avoir un impact sur l’écosystème qui l’entoure. Une modification du cours de la rivière aussi petite soit-elle entraîne l’accélération de l’érosion des littoraux. De plus, le barrage est un obstacle aux sédiments transportés par le courant de la rivière et il y a un risque d’accumulation de sédiments dans le réservoir. On peut ajouter qu’une éventuelle modification de la qualité de l’eau de la rivière ainsi que la préservation de la faune aquatiques sont autant d’enjeux écologiques à prendre en compte. Pour y faire face, des normes sont imposées et notamment l’installation de passes à poissons au niveau du barrage qui favorisent le passage des sédiments et des poissons. La loi prévoie d’importantes sanctions financières en cas de non respect ou de mauvais entretien de ces aménagements.

Puissance d'une centrale

Un aménagement hydroélectrique est classifié par sa puissance. Celle-ci dépend de trois variables : la hauteur de chute, le rendement de la centrale et le débit d’eau. Elle est calculée de la façon suivante:

                                                              P = Q.ρ.H.g.r

• P : puissance (Watts)
• Q : débit d’eau, volume d’eau moyen par seconde qui passe dans la conduite forcée et arrive jusqu’aux turbines
• H : hauteur de chute (mètres)
• r : rendement de la centrale (sans unité, compris entre 0 et 1)
• ρ : masse volumique de l'eau : 1 000 kg.m^-3
• g : constante de gravité : environ 9,81 m.s^-2

Le rôle essentiel de la turbine

La turbine est l’élément principal d’une petite centrale hydroélectrique, suivant la taille et les besoins de l’installation, celle ci compte une ou deux turbines, rarement plus. Bien que le fonctionnement global reste le même d’une PCH à une autre, les turbines ne sont pas toutes identiques. Il existe de nombreux types de turbines s’adaptant aux différentes contraintes imposées par chaque site. Le choix dépend principalement du débit, de la hauteur de chute et de la vitesse de rotation de l’arbre.

Une turbine est généralement constituée de :

• Une roue : permet la transformation de l’énergie hydraulique en énergie mécanique
• Un distributeur ou injecteur : modifie la vitesse des particules d’eau pour qu’elles arrivent dans la roue avec les conditions qui génèrent le moins de pertes.
• Un aspirateur ou diffuseur : récupère l’énergie cinétique résiduelle et l’énergie potentielle de l’eau à la sortie de la roue et évacue l’eau vers l’aval

Les turbines sont soit placées à l’extrémité de la conduite forcée ou noyées au sein d’un fluide. Leur rendement est compris entre 0,8 et 0,9. Plus la roue est grande, plus le rendement est élevé.

On identifie deux grandes catégories de turbines :

• les turbines à réaction (Francis, Kaplan). L’eau entre sans choc dans la roue et sort de la roue à vitesse maximale. Les turbines à réactions sont très utilisés dans les centrales au fil de l’eau et donc dans les petites centrales hydroélectriques.

Turbine	Hauteur de chute adaptée	Spécificités	Photo
Kaplan	Basse chute (hauteur de chute de moins de 30 mètres)	-Adaptée aux centrales au fil de l'eau -Adaptée aux débits importants -Pales orientables en fonction du courant -Peut être sous forme horizontale ou verticale -Il existe des turbines Kaplan à hélice (plus adaptée aux très petites centrales au fil de l’eau)	Roue d'une turbine Kaplan exposée au Musée des techniques de Vienne (Autriche)
Francis	Moyenne chute (hauteur de chute de 20 à 200 mètres)	-Peut être sous forme horizontales ou verticales -Rendements de production élevés -On la retrouve la turbine Francis dans les anciennes petites installations hydroélectriques.	Turbine Francis et son générateur

• les turbines à action (Pelton, Banki). L’eau sort à vitesse élevée de l’injecteur. Toute l’énergie de ce jet entraîne la rotation de la roue et l’eau ressort en pluie.

Turbine	Hauteur de chute adaptée	Spécificités	Photo
Banki-Michell	Moyenne chute chute (10 à 100 mètres)	-Turbine transversale -Régulation du débit grâce à deux volets directeurs -Elle est moins cher que sa concurrente la turbine Francis.	Turbine Banki
Pelton	Haute chute (entre 120 et 1 000 mètres)	-L’eau arrive sous forte pression -Augets en forme de double cuillère et à l’air libre -Peu courante en petite hydroélectricité -Elle n’est pas utilisée dans les centrales au fil de l’eau (mais dans les centrales de haute chute)	Roue à augets d'une turbine Pelton

Brevetée en 2003, la turbine « très basse chute » (VLH®) est une évolution de la turbine Kaplan imaginée pour protéger l’environnement. Adaptée aux débits d’eau faibles ou même à l’absence de courant, elle peut fournir de la petite hydroélectricité dans des emplacements auparavant non répertoriés et peut être présente plus près des villes. Par ailleurs, cette turbine permet le passage des poissons sans dommage à travers la turbine, en particulier les anguilles. In fine, elle permettrait de réduire le coût global d'un site de PCH, ainsi que d’être bénéfique au développement de l’électrification rurale.

Repères historiques

L’énergie hydraulique, celle des fleuves et des rivières, s'avère être très ancienne. Dès l’Antiquité, les moulins à eau servaient à moudre le grain ou à élever l’eau. Pendant des siècles, l’énergie hydraulique fut surtout une énergie motrice, une énergie mécanique. Ce n’est qu’à partir du 19^ème siècle que l’énergie mécanique rotative des roues à eau ou de leur version plus moderne, les turbines, sera transformée en énergie électrique, ce sera l’avènement de l’hydroélectricité.

En suivant ce lien, vous accéderez à une chronologie détaillée de l'utilisation de l'énergie hydraulique de l'Antiquité à nos jours : Chronologie

Trajectoire de l'hydroélectricité

Afin de mettre en perspective ces nombreux événements historiques, nous avons décidé de réaliser ci-dessous la "trajectoire" de l'hydroélectricité, mettant en lumière les différences entre l'évolution (d'abord commune) de la petite et de la grande hydroélectricité. Issue du fruit de notre appréciation, cette trajectoire fait la synthèse de nos différentes approches (historique, sociale, culturelle, économique, juridique, technique et environnementale).

Evolution qualitative du développement de l'hydroélectricité en France et dans le monde

Une énergie pionnière et prometteuse

Les ressources en eau constituent, avec le vent, les premières sources d’énergie renouvelable que l'humanité ait exploité. Elles ont ainsi permis de produire de l’énergie mécanique depuis les débuts de l'Antiquité avec des équipements très simples, uniquement constitués de bois. Durant des siècles, artisans, inventeurs et industriels ont œuvré dans le but de maîtriser la chaîne d’utilisation de l’énergie hydraulique.

Antiquité

Les plus anciennes traces de l'utilisation de l'énergie hydraulique remontent à l'Antiquité (vers 4000 avant JC) avec le développement de l’agriculture. Les premières installations d'irrigation des champs voient le jour : les cours d'eau sont détournés, des canaux sont creusés et des barrages sont construits afin de répondre aux besoins grandissants des cultures et subvenir aux besoins des populations.

Vis sans fin d'Archimède. Source : Wikipédia

Vers 250 avant J-C, de nombreuses inventions vont révolutionner le monde de l'énergie hydraulique. La célèbre vis sans fin d'Archimède, encore utilisée aujourd'hui dans de nombreux systèmes de pompage, est mise au point. La noria, autre invention antique, voit par ailleurs le jour. Cette machine hydraulique combinant roues à aubes et roues à augets permet d'élever l'eau afin d'irriguer les cultures vivrières et alimenter les aqueducs.

C’est également à cette période qu’apparaissent les premiers moulins à eaux, permettant de convertir l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique. Les moulins permettaient de broyer des céréales, mais aussi d’affûter des outils, de pomper et d’élever l’eau dans les canaux d’irrigation. De ce fait, ils constituent la première expérience à grande échelle d’utilisation rationnelle de l’énergie.

Moyen Âge

Le Moulin de Wijk-bij-Duurstede de Jacob Isaacksz van Ruisdael. Source : Wikipédia

"Invention antique, le moulin est médiéval par l'époque de sa véritable expansion" - Marc Bloch

L’usage des moulins se répend progressivement dans le monde au Moyen Âge à partir du Vème siècle, après avoir connu une diffusion lente dans le monde romain. Le nombre de moulins explose entre le Xème et XIII^e siècle, et cette expansion sera liée au développement des activités industrielles, d’abord utilisé pour moudre le grain, puis pour la sylviculture, la papeterie, ainsi que dans l’industrie textile et sidérurgique. En France, les moulins se répandent sous l'impulsion de Charlemagne, une volonté politique signe d'un état fort et centralisé.

C’est ensuite la découverte du système bielle-manivelle qui, par la transformation d'un mouvement circulaire en mouvement alternatif, a permis de développer à partir du XIVe siècle les premières machines mécaniques mues par l’énergie hydraulique. Elles ont été progressivement employées dans les scieries hydrauliques, pour les pompes et les soufflets de forge.

En 1372 est créée la première société par actions : la Société des Moulins du Bazacle devenue une centrale hydroélectrique et introduite à la Bourse de Paris (1888).

Temps Modernes

Représentation picturale de la Machine de Marly. Source : Wikipédia

L’année 1681 marque l’apogée de l’adduction d’eau avec la construction de la machine de Marly, un gigantesque dispositif de pompage dans les eaux de la Seine destiné à alimenter les jardins de Versailles. Cette machine fut une véritable prouesse technique pour l’époque, alors que l'on ne connaissait encore rien des sciences de l'hydrodynamique. Elle inspira en outre de nombreux peintres, écrivains et poètes.

La fin du XVIIIème siècle marque ainsi un tournant dans l’histoire de l’énergie hydraulique avec l’apparition de la machine de Watt qui va initier le déclin de l’usage des moulins à eau.

XIX^ème - XX^ème : Développement des composantes de la révolution électrique

Le XIX^e siècle constitue une période globalement favorable au développement de l’hydroélectricité. Ce siècle est marqué par de nombreuses inventions techniques qui ont bouleversé le fonctionnement de notre société, et qui ont aussi permis l’évolution de l’utilisation de l’énergie hydraulique. En particulier, on peut distinguer quatre réalisations technologiques majeures : la turbine à réaction, la dynamo, le transformateur et l’alternateur. Au delà des innovations techniques, il est aussi important de comprendre le rôle d’Aristide Bergès, figure novatrice du développement de l’hydroélectricité en France.

Innovations techniques au service de l'électricité

La turbine à réaction

Certaines formes de turbines ont été créées il y a longtemps : on peut citer par exemple l’éolipyle, une machine à réaction et à vapeur conçues au Ier siècle ap JC. par Héron d’Alexandrie. Cependant leur usage n’a pas perduré, donc elles n’ont pas été perfectionnées et sont tombées dans l’oubli. Un peu plus tard, au XVIII^ème siècle, Euler imagina le concept de turbine tel qu’on le connaît, qui pourrait permettre un gain en puissance et une économie d’énergie. Des premiers prototypes de turbine à réaction furent réalisés dans les années 1750, par le docteur Barker en Angleterre et par Johan Andreas Segner en Allemagne mais leur développement à l’échelle industrielle n’a pas été poursuivi. C’est au XIX^e siècle qu’apparaît la réalisation industrielle de l’idée scientifique de turbine à réaction. En 1826, en France, la Société d’Encouragement à l’Industrie Nationale décida de proposer un prix à celui qui arriverait à réaliser une turbine hydraulique à usage industriel. Le but était, dans un contexte de compétitivité avec les autres puissances européennes, de favoriser l'engagement de la France dans la Révolution industrielle et d’encourager toutes les formes de création au service de l'intérêt national. Deux ingénieurs, Burdin et Fourneyron, apportèrent la solution : ils réalisèrent une turbine à réaction, plus puissante et plus économique que toutes les roues hydrauliques existantes. En 1832, la première turbine à réaction opérationnelle était installée dans une usine métallurgique à Dampierre dans le Jura. Fourneyron et Burdin ont donc gagné le prix de la Société d’encouragement. Plusieurs turbines de Fourneyron ont par la suite été installées sur des sites industriels. En 1837 notamment, Benoît Fourneyron équipa une des premières hautes chutes en Bavière, en Allemagne, pour canaliser la force motrice de l’eau. La turbine à réaction a également été introduite aux États-Unis en 1843. Cependant, cette nouvelle technologie a vu son développement limité par la concurrence de la machine à vapeur. Les politiques de développement européennes ont délaissé les nouvelles turbines à réaction car même si elles sont plus économiques que la machine à vapeur, elles restent très dépendantes des cours d’eau.

Schéma de la machine de Gramme. Source : Wikipédia

La dynamo de Gramme

L’invention de l’hydroélectricité repose en partie sur l’invention de la production dynamique d’électricité. En 1869 Gramme créa les premières génératrices de courant continu, puis il présenta en 1871 une version industrielle. Il s’agit alors du premier générateur de courant électrique continu, qui fonctionne en convertissant l’énergie mécanique en électricité.

L’alternateur et le transformateur

Dans la même période, si ce n’est même la même année, on est en train de s’affranchir d’un frein majeur au développement de l’hydroélectricité : la localité de la production. Des travaux sont réalisés concernant le transport d’énergie électrique : Marcel Deprez a réalisé en 1882, a l’occasion d’une Exposition d’électricité de Glaspalast (Allemagne), le transport d’un courant continu sur 57 km avec rendement de 30 %.  Cependant, c’est l’invention de l’alternateur en 1882 par Nikola Tesla suivie de celle du transformateur  par Lucien Gaulard qui va retenir l’attention. En effet, ces procédés technologiques permettent de fabriquer un courant à très haute tension, transportable sur des centaines de kilomètres, puis de le transformer en courant à basse tension utilisable par les industriels.

L'épopée de la houille blanche

Aristide Bergès (1833-1904) est un industriel papetier et ingénieur hydraulicien français qui a joué un rôle majeur dans le développement de l’hydroélectricité. Les travaux d’Aristide Bergès ont d’abord été conditionnés par les besoins de l’industrie papetière. L’objectif d’Aristide Bergès était de populariser l’achat de livres : il souhaitait que « le kilo de papier [soit] à 1 franc pour développer la lecture ». Cependant, les défibreuses (appareils râpant le bois afin d'en faire de la pâte à papier) demandent une force motrice énorme très coûteuse en énergie. En 1869, il mis en place dans son usine de Lancey en Isère, une des premières conduites forcées de 200 m de dénivelé. Par cette installation technologique, il utilisa l’énergie hydraulique pour faire tourner une turbine entraînant les défibreurs. Par la suite, Bergès n’a pas cessé de perfectionner et améliorer ce système, atteignant ainsi des hauteurs de chutes très importantes (500 m), et une puissance de 7000 chevaux.

Avec le développement de l’électricité, Aristide Bergès a une nouvelle ambition : éclairer les villes pour seulement « 1 sou par lampe et par jour pour que chacun ait l’électricité ». Il s’intéresse donc de plus près aux usines hydroélectriques. Il se rend compte qu’en combinant deux des innovations évoquées précédemment (une turbine hydraulique avec une dynamo), il serait possible de stimuler la production massive et peu coûteuse d’électricité grâce à l’hydroélectricité.

En 1882, Aristide Bergès installe une nouvelle conduite forcée de grand dénivelé et lie une dynamo Gramme à ses turbines pour produire du courant électrique et éclairer son usine, puis alimenter la papeterie qu'il a adjointe à sa râperie de bois. Bergès n’est pas l’inventeur de l’hydroélectricité, mais il su promouvoir cette source d’énergie et populariser son utilisation.

Affiche de l'exposition internationale de la houille blanche de 1925. Source : Wikipédia

Poursuivant son idée de faire profiter la population de la "Fée Électricité", il crée en 1898 la Société d’Éclairage Électrique de la vallée du Grésivaudan. S’en suit la création de plusieurs grandes entités visant à encadrer le développement de l’hydroélectricité : le syndicat des Forces Hydroélectriques, la Commission des turbines, la société Hydrotechnique de France(1912), et de nombreuses autres organisations régionales.

Tout cela a contribué au développement de la région Alpine, devenue le berceau de l’hydroélectricité en France. Grenoble est par ailleurs aujourd’hui encore le centre européen de l’hydroélectricité. D’autre part, Aristide Bergès a su diffuser l’admiration pour l’énergie produite par la force de l’eau dans la population : au moyen d’un vocabulaire imagé, il a installé l’hydroélectricité dans l’imaginaire collectif. Dans les années 1880, il utilise notamment le terme de houille blanche pour désigner l’énergie de l’eau courante transformée en électricité pour réaliser des travaux divers. La houille blanche est dès lors associée à la production d’électricité qui commence à alimenter les villes, qui révolutionne le fonctionnement des ateliers, les transport collectifs et le confort individuel. Ce terme médiatique est utilisé par Aristide Bergès à Grenoble dès 1878, puis il l’utilisa à la foire de Lyon (1887), et lors de l'Exposition universelle de Paris de 1889. Il est par la suite très largement répandu.

La revue spécialisée La Houille blanche est créée en 1902, avec comme devise : « La houille noire a fait l'industrie moderne, la houille blanche la transformera. » Le Congrès de la houille blanche, la même année, et l’Exposition internationale de la houille blanche et du tourisme, à Grenoble, en 1925, alimenteront cette épopée qui a marqué par la suite les générations d’avant la Seconde Guerre mondiale et influencé les grands investissements d’après-guerre.

Cette expression : "houille blanche" traduit aussi la concurrence entre l’énergie issue de la force de l’eau et celle provenant du charbon. En effet, ce terme est apparu en opposition avec le terme de houille noire (désignant charbon), très utilisé par les Britanniques. En cette période de révolution industrielle, la France manquait de charbon par rapport à ses voisins européens, notamment l’Allemagne et l’Angleterre. La houille blanche est alors parfois évoquée comme la seule source énergie capable de relever le défi industriel français.

1914 - 1970 : L'eau, un enjeu majeur de démocratisation de l'électricité

Un développement accéléré par les guerres

A l’aube de la Première Guerre mondiale, le charbon couvre 88% des besoins énergétiques de la France, le bois 9,5%, le gaz 1,4% et l’hydraulique 0,7%. A ce moment là, la centrale hydroélectrique de plus grande taille est celle de l’Argentière, sur la Durance, dont la puissance est de 28 MW. Cependant, la guerre prive subitement la France de ses ressources minières, à cause de la destruction des deux tiers des fosses. Le rationnement du charbon, ressource indispensable, s’accélère alors que l’effort de guerre entraîne une intensification de l’activité industrielle. L’énergie hydroélectrique apparaît donc comme un recours nécessaire et primordial. On assiste à la multiplication des équipements de chutes dans le but de fournir l’énergie nécessaire aux usines les plus éloignées de la ligne de front. Entre 1914 et 1919, la puissance hydroélectrique installée en France double en passant de 475 à 852 MW. Il s’agit essentiellement d’usines de puissance moyenne, établies dans des vallées avec un fort débit mais une chute faible ou sur des torrents à forte chute mais possédant de faibles débits.

Cette Première Guerre provoque ainsi une vigoureuse poussée des installations hydrauliques pour compenser l’occupation des régions à la fois charbonnières et industrielles, notamment à travers le développement de grands barrages. Dorénavant, l'intérêt n'est plus uniquement porté sur la petite hydroélectricité, mais aussi sur les plus grandes installations. La raison principale de ce changement d’intérêt est notamment due au grand besoin énergétique auquel la France fait alors face. La consommation d’électricité va rapidement intéresser le pays tout entier, soit pour l’éclairage, soit pour les usages industriels de toute sorte, soit pour la traction de tramways et des chemins de fers.

À la fin de la première guerre mondiale, le développement du réseau électrique s’intensifie et les centrales hydrauliques, n'étant plus contraintes de produire de l’électricité uniquement pour les besoins locaux, peuvent gagner en puissance et s'étendre. Dès lors, un cadre législatif s’impose afin de rationaliser les investissements et surtout discipliner une exploitation en eau encore brouillonne. Ce cadre indispensable est fixé avec l'arrivée de la loi du 16 octobre 1919 relative à l’utilisation de l’énergie hydraulique, dont l'axe principal est le suivant :

« Nul ne peut disposer de l'énergie des marées, des lacs et des cours d'eau, quel que soit leur classement, sans une concession ou une autorisation de l'État ».

Publicité de 1932 pour les usages domestiques de l'électricité.Source : Wikipédia

Dès le départ, cette loi de 1919 a distingué deux dispositifs administratifs : un régime de concession pour les gros ouvrages et un régime d’autorisation pour les ouvrages de moindre importance. Dans le premier cas les aspects énergétiques sont prédominants, dans le second, l’usage de la force hydraulique est considéré comme un des usages possibles de l’eau sans être prioritaire. La petite hydroélectricité est donc concernée essentiellement par le régime de l'autorisation (actuellement usines de moins de 4,5 MW). Dès les années 1920, l’électrification à grande échelle voit le jour avec la naissance de l’éclairage public et l’utilisation des premiers appareils ménagers. La volonté politique appuie alors de grands investissements publics, notamment dans le secteur des centrales hydrauliques, qui deviennent toujours plus puissantes. La consommation d’énergie en France se démocratise donc au fur et à mesure, accompagnée d'une vive poussée de la puissance installée. Elle passe ainsi de 150 000 kWh en 1899, à 550 000 en 1914, puis à 880 000 en 1919 et à 1,1 million en 1923, pour ensuite plus que doubler en dix ans et passer à 2,4 millions en 1933.

Les Alpes, le Massif central, les Pyrénées voient apparaître l’édification d’ouvrages de plus en plus conséquents qui vont complètement modifier l’échelle de la production hydroélectrique. Dans la Creuse, le barrage d’Éguzon s’avère être ainsi le premier ouvrage français en béton, l’un des plus importants du monde à l’époque. Par la suite, pendant les années 1930, la construction d’un réseau d’interconnexion à haute tension entre les différentes centrales hydrauliques et thermiques couvrant le territoire va entraîner l’expansion et le monopole de l’électricité.

La baisse sensible de moulins qui marque les premières décennies du XXe siècle correspond aux mutations économiques qui s’accélèrent après la première guerre mondiale. De plus, dans les premières décennies du XXe siècle, les mutations économiques, l’amélioration des transports et l’augmentation de la puissance d’écrasement des minoteries industrielles se conjuguent à la décroissance d’installation de moulins.

Nationalisation et plan favorable au développement de l’hydraulique

Depuis la fin du XIXe siècle, les ressources hydrauliques ayant fait l’objet d’une innovation incessante sont devenues des leviers majeurs de la démocratisation de l’électricité et du développement industriel. À la veille de la Seconde Guerre mondiale, la France comptait des centaines d’installations de production d’électricité hydraulique. Aux lendemains du conflit, afin de permettre d’orienter la reconstruction du pays et de favoriser un développement harmonisé sur tout le territoire, les gouvernements de la IVème République décident à travers la nationalisation de 1945 de confier l’avenir de l’hydroélectricité à un unique exploitant, EDF, créé le 8 avril 1946. Cette structure prend en charge le développement de l’électricité en France, une activité considérée comme stratégique lors de la reconstruction. EDF acquiert ainsi le monopole de la distribution électrique et de la production, et possède par conséquent un rôle majeur dans le choix des sources d’énergie à privilégier.

Néanmoins, certaines collectivités locales, déjà propriétaires de leur fournisseur d’électricité, réussirent à conserver leur indépendance historique. De plus, une centaine d’entreprises locales de distribution (ELD), de taille très variable, restent quant à elles très actives. Avec la guerre, s’est posée justement la question de l’indépendance en termes d’approvisionnement des matières premières. Le charbon apparaît alors comme peu stratégique et on lui préfère l’hydraulique, d’autant que de nombreux sites restent exploitables.

Entre 1946 et 1960, consécutivement à ce plan, l’électricité est à 60% produite par des centrales hydrauliques.

CECA et augmentation de la part des combustibles fossiles

Membres fondateurs de la CECA

En 1951, on voit la mise en place de la Communauté Economique du Charbon et de l’Acier (CECA), institution qui a comme objectif de soutenir massivement les industries du charbon et de l'acier. Elle permet d'économiser l'argent aux États membres, grâce à l'augmentation des échanges entre eux en évitant l'importation de ressources depuis les États-Unis. La France donc adopte un plan pour promouvoir les centrales thermiques. L’objectif est de faire passer l’hydraulique à 35% de la production et de fournir le reste de l’électricité grâce au charbon. Cependant, malgré la pression du ministère de la Production Industrielle, le plan charbon n’est pas un grand succès et jusqu’en 1958 au moins, le développement de l’hydraulique prédomine.

En 1958, du fait du très faible prix du pétrole et de l’épuisement des sites susceptibles d’accueillir des centrales hydrauliques, l’Etat décide à travers EDF de lancer un grand plan de développement des centrales au fioul. Cette énergie peu chère, améliore la productivité de l’économie française et est mise en avant par les présidents De Gaulle et Pompidou.

1970 - 2000 : Regain d'intérêt pour l'hydroélectricité face au changement climatique

Puissance hydraulique installée aux États-Unis par année. Source : Wikipédia

À partir de 1971 et jusqu’en 1973 va avoir lieu le premier choc pétrolier mondial, au cours duquel le prix du baril de pétrole va quadrupler (2,69$ à 11,65$). Cela va conduire à une importante crise économique qui va néanmoins forcer les Etats à se diriger vers d’autres sources d’énergie. La France, par exemple, fait le choix de l’indépendance énergétique, en développant notamment l’énergie nucléaire, mais aussi les STEP. Ce contexte va donc entraîner un regain d’intérêt pour la petite hydraulique, mais aussi l’apparition de nouveaux fabricants dans ce secteur.Les États-Unis quant à eux connaissent après la seconde guerre mondiale un boom de la production hydroélectrique avec une progression de 50 % en une seule décennie. Cependant, comme pour toutes les filières, le contre-choc de 1985 et les années de pétrole à bas prix en freinent le développement.

Evolution du contexte législatif et réglementaire

Ce contre choc va aussi se coupler à l’arrivée de réglementations plus strictes, qui sont venus compléter et mettre à jour la loi de 1919 en introduisant des éléments majeurs en terme environnemental.

En 1976, la loi sur la protection de la nature introduit l’obligation d’étude d’impact préalable à la construction d’aménagements et d’ouvrages pouvant porter atteinte à l’environnement. En 1984, la loi sur la pêche en eau douce fixe un seuil minimal de débit réservé (débit à laisser à l’aval de la prise d’eau lorsque le débit amont est supérieur à ce seuil) et introduit l’obligation de mise en place de dispositifs de franchissement, ainsi que l’obligation de disposer d’une autorisation pour la vidange des retenues. En 1992, la loi sur l’eau rappelle que la préservation des ressources en eau et des milieux naturels est d’intérêt général. Parallèlement à l’augmentation du seuil de puissance pour le régime des concessions (de 500 à 4 500 kW) destiné essentiellement à relancer l’investissement, cette loi a mis en place le principe des rivières réservées et stipule que « sur certains cours d’eau et tronçons de cours d’eau, aucune autorisation ou concession nouvelle ne peut être donnée pour l’installation d’ouvrages hydroélectriques. »

Parmi les textes législatifs importants qui sont apparus plus récemment, on trouve la loi de programmation et d’orientation sur la politique énergétique (POPE) de juillet 2005 dont le principal objectif est de poser le cadre d’un équilibre entre deux enjeux écologiques majeurs : lutter contre les émissions de gaz à effet de serre et préserver la biodiversité. Et, la loi sur l’eau et les milieux aquatiques (Lema) de décembre 2006 a pour fonction de transposer en droit français la directive cadre européenne sur l’eau d'octobre 2000, afin de répondre aux objectifs qu'elle a instauré, notamment permettre :

• le bon état des eaux d’ici 2015 ;
• l'amélioration des conditions d’accès à l’eau pour tous ;
• plus de transparence sur le fonctionnement du service public de l’eau ;
• la rénovation et la modernisation de l’organisation de la pêche en eau douce.

Cela entraîne par conséquent une perte importante du potentiel de production d'hydroélectricité issue de petites installations.

Implication des pouvoirs publics

La préoccupation climatique et l’adoption de cadres favorables vont par ailleurs relancer l’intérêt pour cette source d'énergie depuis le tournant du siècle. En effet, au début des années 1990, les médias et les décideurs politiques vont commencer à prendre conscience des enjeux climatiques liés à l’action humaine. Ainsi, la Conférence de Rio de 1992 marque la première prise de décision politique pour limiter le réchauffement climatique. Cette première va entraîner par la suite la création de la Conférence des Parties (COP), qui se réunit annuellement pour vérifier que les Etats mènent des politiques de lutte contre le changement climatique.

Photographie de la COP 21 de 2015. Source : Wikipédia

Dans cette dynamique, l’Union Européenne a ratifié le Protocole de Kyoto de 2002 et a pris l’engagement de réduire ses émissions de GES de 8% en 2012 par rapport au niveau 1990. Cet objectif a été atteint et dépassé, avec -14% d’émissions. Un nouvel objectif pour 2020 a alors été désigné : le « 3×20 pour le climat », avec -20% d’émissions de GES, +20% d’efficacité énergétique et 20% d’énergies renouvelables dans le mix énergétique. C’est dans ce cadre volontariste que le développement des énergies renouvelables a pu se faire et notamment de l’hydroélectricité. Les États européens ont alors adopté des politiques visant à développer l’énergie verte, modifiant progressivement leur mix énergétique. Les pouvoirs publics commencent à stimuler ce marché en proposant des réductions de taxes, la création de certificats verts, ainsi que le lancement d’appels d’offres.

Dans le but de stimuler la production d'hydroélectricité, en retrait depuis quelques années du fait de l’inflation des normes environnementales, les pouvoirs publics ont commencé à stimuler ce marché en proposant des réductions de taxes, la création de certificats verts, ainsi que le lancement d’appels d’offres. C’est le cas avec un premier appel à projets visant à développer la petite hydroélectricité inférieure à 4,5 MW ayant été lancé dès le printemps 2016 par Ségolène Royal ministre de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer. Afin de poursuivre dans cette dynamique et atteindre l’objectif fixé par la Programmation Pluriannuelle de l’Energie (2016) d’augmenter la capacité hydroélectrique de 500 à 750 MW installée d’ici 2023, Ségolène Royal a annoncé en avril 2017 le lancement d’un nouvel appel d’offres pour 105 MW.

Ces différentes implications des pouvoirs publics permettront par la suite une augmentation significative de la production d’électricité issue de l’énergie hydraulique.

Prise de conscience à l'échelle locale

Micro-centrale de Coly-Lamelette sur l'Isle à Sourzac. Source : Wikipédia

D’autre part, à une échelle beaucoup plus locale, la préoccupation climatique couplée aux intérêts économiques, vont entraîner certains investisseurs privés comme publics à réhabiliter des petites centrales hydrauliques laissées à l’abandon pour produire de l’énergie renouvelable. Environ 2000 petits barrages hydroélectriques sont aujourd’hui abandonnés en France. Il y a donc un véritable regain d’intérêt pour ces infrastructures avec l’augmentation inévitable du prix de l’électricité nucléaire et les objectifs d’énergies renouvelables pour les années à venir.Le concept de circuit court entre le producteur d’énergie et le consommateur va aussi se développer de plus en plus favorisant l'émergence de petits producteurs d’hydroélectricité répondant à un besoin des consommateurs d’identifier la source d’approvisionnement de l’énergie qu’ils utilisent. Soucieux de consommer une électricité propre et renouvelable, ces « consom’acteurs » ont la possibilité d’acheter leur énergie directement auprès des producteurs. C’est le cas par exemple d’Energie d’ici, née de l’association de producteurs d’énergie hydroélectrique qui commercialisent directement la production de leurs centrales. Par exemple, Ercisol, une société à statuts coopératifs, a décidé de réhabiliter plusieurs barrages dans les Vosges, tout en limitant au mieux les contraintes pesant sur l’environnement des rivières. C’est le cas du petit barrage vosgien HydroRaon d'une puissance de 400 kW.

De plus, on comprend aussi rapidement pourquoi l’hydroélectricité répond parfaitement aux besoins des citoyens soucieux de consommer de manière plus décarbonée. En effet, le taux d’émissions de gaz à effet de serre issu de la production d’hydroélectricité est insignifiant : 1 kWh hydraulique ne produit que 0,004 kg équivalent CO2. De toutes les énergies, l’hydroélectricité apparaît comme celle qui émet le moins de gaz à effet de serre.

Au cours des dernières années, des mouvements de citoyens motivés par les questions d’équité sociale, de justice climatique et intergénérationnelle autour des aspects environnementaux des rivières voient le jour. Ces mouvements de préservation des rivières contribuent ainsi à construire socialement un enjeu environnemental majeur que les gouvernements ne peuvent plus ignorer.

C’est ainsi que la petite (comme la grande) hydraulique revient sur le devant de la scène comme réponse aux problématiques posées par le réchauffement climatique imminent en s'appuyant notamment sur la convergence des initiatives internationales et locales.

Situation actuelle de la petite hydroélectricité

Les obstacles actuels au développement

Des impacts environnementaux non négligeables

Cependant, malgré la pensée générale que seules les grandes installations hydroélectriques ont un impact lourd sur leur environnement, il est nécessaire de ne pas sous-estimer les conséquences de la construction et de l’utilisation de petites installations hydrauliques au fil de l’eau. En effet, une accumulation de petits projets sur une même rivière risque de générer des impacts environnementaux plus importants qu’un seul de plus grande taille.

Effets sur la qualité de l’eau

L’eau est habituellement le premier élément affecté par un projet hydroélectrique. Pendant la phase de construction d’une petite centrale, la déviation du cours d’eau provoque la réduction du débit et du volume d’eau et parfois même l’assèchement complet de tronçons de la rivière hôte. Par ailleurs, certains projets, peuvent aussi entraîner une modification de l’équilibre entre débits d’eau et charge sédimentaire. Un autre impact non négligeable associé à la phase de construction est une baisse de la qualité de l’eau, laquelle se caractérise par ses paramètres physico-chimiques : la turbidité, la couleur, la température, le taux d’oxygène dissous et le pH.

D'autre part, les déchets, liquides ou solides issus des activités de construction ou de celles des employés altèrent aussi la qualité de l’eau. En effet, ces débris solides peuvent créer de l’érosion et augmenter la charge sédimentaire dans le réservoir. L'accumulation de sédiments provoque l'augmentation de la turbidité et des matières en suspension. Une turbidité élevée peut entraîner une modification de la couleur de l’eau et augmente sa température. Enfin, une eau plus chaude diminue son taux d’oxygène dissous, ce qui aura par ailleurs des effets sur les éléments biologiques du cours d’eau. Par ailleurs, à l’instar des gros barrages qui par leur retenue de gravillons entrave l’écoulement des sédiments jusqu’aux littoraux contribuant potentiellement à leur érosion.

Les eaux usées quant à elles, si elles ne sont pas bien gérées, peuvent atteindre le cours d’eau, augmentant le taux de nutriments dans l’eau. De plus, si elles sont mal rangées ou en cas de fuites ou de déversements, les graisses, les huiles, ainsi que les produits chimiques contaminent tout d'abord le sol, puis sont acheminés par les eaux de ruissellement jusqu’au lit de la rivière.

Impacts sur les poissons

Passe à poissons à fentes verticales. Source : Wikipédia

En outre, les batardeaux utilisés afin de dévier le cours d’eau peuvent rapidement devenir un obstacle pour la migration des poissons et constituer une perte de connectivité pour la faune aquatique. En effet, lors de la descente (« dévalaison »), le passage à travers les turbines hydrauliques représente un danger mortel pour les poissons qui y seraient entraînés. Cependant, certaines PCH peuvent être munis de passes spéciales, dites « passes à poissons » adaptées aux espèces concernées, permettant la libre circulation des poissons dans le lit de la rivière hôte. Par conséquent, cela implique de s’intéresser aux différentes espèces présentes dans ces rivières ainsi qu'à leur mode de vie et de reproduction afin de mieux appréhender l’intérêt des équipements permettant la circulation des poissons. Dans cette logique, on distingue deux grandes catégories d’espèces dites « migratrices » :

• Les espèces holobiotiques, qui restent dans le même milieu.
• Les espèces amphibiotiques, qui changent de milieu (une partie du cycle biologique s’effectuant en mer et l'autre partie en rivière).

Durant la construction, les habitats, tels que les zones de frai et de nourriture, sont modifiés. Une augmentation des sédiments en suspension peut blesser les poissons et, pendant la période de frai, entraîner la destruction de leurs œufs. De plus, le déplacement de rochers, constituant des emplacements calmes privilégiés des poissons, pourra se révéler néfaste pour ces derniers.

Une réglementation environnementale stricte

Le rythme de développement des petites centrales hydroélectriques au sein de l’Union Européenne a été relativement lent au cours des dix dernières années. Les plans nationaux sur les énergies renouvelables publiés ne prévoyaient même pas la réalisation de projets importants dans ce secteur. Selon les chercheurs, "cela est dû non seulement à des questions économiques et sociales, mais aussi à des exigences environnementales. Au cours de la dernière décennie, le potentiel des nouvelles petites centrales hydro-électriques a été considérablement affecté, cette tendance de diminution découlant de la législation environnementale qui protège des zones désignées, telles que Natura 2000 ou les zones affectées par la directive-cadre sur l'eau (DCE)."

Le réseau Natura 2000 s’inscrit au centre de la politique de conservation de la nature de l’Union européenne et est un élément clé de l’objectif visant à enrayer l’érosion de la biodiversité. Ce dispositif européen ambitieux vise à sauvegarder des espèces protégées et à conserver des milieux tout en tenant compte des activités humaines et des pratiques qui ont permis de les préserver jusqu’à ce jour.

La directive-cadre sur l'eau (DCE), adoptée en octobre 2000, est une directive européenne qui vise à prévenir et réduire la pollution de l'eau, promouvoir son utilisation durable, protéger l'environnement, améliorer l'état des écosystèmes aquatiques, ainsi qu’atténuer les effets des inondations et des sécheresses.

Classement des cours d'eau. Source : France Hydroélectricité

La Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques (LEMA) de 2006 classe depuis 2013 les cours d’eau en deux catégories : le premier avec un objectif de préservation, l'autre dans un soucis de restauration.

En effet, face aux différents impacts environnementaux mentionnés plus haut, les réglementations environnementales ont compromis le développement du potentiel de la PH dans certains pays et ont entraîné l’augmentation inévitable des coûts des installations. Pour plusieurs pays, principalement les pays développés, les nouvelles réglementations de protection environnementale ont accentué la pression sur les sites de PCH potentiels soit parce qu’elles nécessitent des coûts supplémentaires qui rendent les projets irréalisables, soit parce qu’elles empêchent complètement le développement.

Ainsi, les années 2000 marquent le passage à une gestion essentiellement écologique des cours d’eau, un peu au détriment de l'investissement dans les PCH. L'apparition de textes réglementaires de plus en plus assidus ont ainsi compliqué la construction de ces petites infrastructures, à première vue dans un soucis de protection des milieux aquatiques, mais à y regarder de plus près sûrement car les PCH semblaient aller à l'encontre de projets plus rentables telle que la grande hydraulique. Dès lors, on constate toute la complexité et l'ambivalence qui découle de la volonté de préserver les milieux naturels à une échelle locale d'une part, et de protéger la planète à une échelle globale, d'autre part, en trouvant des alternatives dites "renouvelables" (à moindres impacts sur la biodiversité) à travers par exemple le développement de la PH.

Freins bureaucratiques

De nombreux pays constatent que des procédures administratives longues et rebutantes constituent l’un des plus grands obstacles au développement de la PH. Le complexe parcours aboutissant à l’obtention des permis s’avère être assez coûteux. En outre, il ralentit la mise en œuvre des projets et décourage par la même occasion les investisseurs. Par exemple, aux Pays-Bas, la limitation principale à la petite hydraulique provient du faible potentiel hydraulique dans un pays très plat, mais ce qui freine véritablement les démarches est de recevoir un permis par les autorités locales de l’eau. Le permis permettant uniquement de déterminer si le potentiel est présent sur un site de PCH, ne permet pas de construction. Le pays détient plusieurs sites où des petites centrales hydroélectriques pourraient être développées, et pourtant son développement est presque systématiquement interrompu par les lobbies de la pêche (professionnels comme amateurs).

Un développement plus rapide pourrait être permis par une rationalisation du procédé d’octroi de licences, ainsi que par la mise en place d’un guichet unique – une unique agence responsable proposant des contrats standardisés. En outre, la législation concernant l’acquisition de sites adaptés au développement de PCH devrait être plus claire et plus transparente. Cela permettrait à la fois d’accélérer les procédures de développement des sites de PCH et de réduire les coûts de construction de ces derniers.

Une filière peu encouragée

Financement

D’autre part, les investisseurs font aussi souvent face à des risques financiers en s’engageant dans des projets de petites centrales hydroélectriques. Il s’agirait donc de développer une stratégie plus globale afin de diminuer le risque lié à l’investissement en mettant en place de nouvelles politiques financières, ainsi qu’en revoyant les réglementations existantes. La hauteur des coûts initiaux doit aussi être surmontée en facilitant et améliorant l’accès aux prêts, afin que les développeurs puissent financer leurs projets avec succès. Une mesure qui peut y contribuer serait par exemple de sensibiliser les institutions bancaires locales et les institutions de micro-finance à la petite hydraulique afin d’améliorer l’évaluation des risques et de fournir des conditions adéquates au prêt.

Fiscalité

Coûts de la filière hydroélectrique par année. Source : France Hydroélectricité

En outre, un autre potentiel obstacle au développement de la petite hydroélectricité s’avère être le fait qu’il s’agit de l’énergie renouvelable la moins subventionnée. Cette dernière se retrouve donc confrontée à l’instar des autres filières de production à la baisse durable des prix de vente de l’électricité. De plus, contrairement aux filières de production récentes qui bénéficient de prix de revient à la baisse, la petite hydroélectricité est aussi confrontée à une augmentation constante des normes de toute nature, des obligations environnementales et de la fiscalité qui se traduisent par une hausse significative de ses coûts d’exploitation. L’hydroélectricité apparaît de plus comme l’énergie la plus taxée :

• Taxe foncière
• Imposition forfaitaire sur les entreprises de réseaux (IFER)
• Cotisation foncière des entreprises (CFE)
• Cotisation sur la valeur ajoutée des entreprises (CVAE)
• Redevances agences de l’eau
• Redevances locales de diverses natures (commune, hydraulique, navigation, pêcheurs, etc.)

Ainsi, la fiscalité sur l’hydroélectricité représente jusqu’à 10€/MWh. Celle-ci pèse donc pour plus d’un quart du prix d’achat de l’électricité produite et du chiffre d’affaires des producteurs d'hydroélectricité. Seuls des investissements réguliers d'entretien et de rénovation des équipements de production rendent possible la pérennité des petites centrales hydroélectriques. Cependant, dans le contexte économique actuel, les centrales sur le marché ne disposent plus des moyens nécessaires pour couvrir leurs coûts d’exploitation et ne se voient plus en capacité de réaliser de nouveaux investissements pour assurer leur viabilité.

Face à tous ces obstacles économico-financiers, on comprend mieux la difficulté de certains acteurs et investisseurs à s’engager dans la construction ou la réhabilitation de PCH.

Une perception publique mitigée

Bien que la petite hydroélectricité n’inflige pas les mêmes impacts environnementaux que la grande hydraulique, elle souffre malgré tout de la même mauvaise image publique. Le développement du secteur, ainsi que la mise en place de politiques visant à encourager ce développement, par exemple des tarifs d’achat, doit recevoir le soutien de tous ses acteurs afin d’aboutir. La petite hydraulique devrait être valorisée comme une source d’énergie propre, une alternative intéressante au bois combustible pour l’éclairage, et un système adapté pour l’électrification dans les endroits isolés.

Intérêt économique de la petite hydroélectricité

L'énergie hydraulique est caractérisée par des investissements élevés, mais des coûts de fonctionnement faibles, car la ressource utilisée, l’eau, est gratuite et l'entretien minimal. Les dépenses d'investissements dépendent très fortement des caractéristiques de l'aménagement, et des dépenses annexes liées aux problèmes sociaux et environnementaux. De ce fait, il est pratiquement impossible de donner des chiffres normatifs.

On envisage ici l'aspect économique de la filière hydroélectrique à travers trois facteurs : les coûts directs d'une PCH, l'investissement et le tarif de rachat.

Coûts directs d'une PCH

Coûts d'études

Pour un dossier de demande d’autorisation, le prix des études préliminaires varie entre 10 000 € et 30 000 € (demande avec étude d’impacts). Pour les projets soumis au régime de la concession, c'est un régime dans lequel un Etat confie la mise en valeur et l'administration d'un territoire sous sa souveraineté à des sociétés privées, d’une puissance supérieure à 4 500 kW, le montant des études peut dépasser ce montant. Le coût des études comprend :

• les études techniques, avec notamment les études hydrauliques et géotechniques ;
• les études d'environnement, qui comprennent les études hydrobiologiques et l'étude d'impact;
• les études économiques et financières.

Coûts de construction

Le coût de construction d’une centrale hydroélectrique est naturellement fortement dépendant de sa taille et de son type.

• Le coût des petites centrales : si on prend l’exemple d’une centrale de basse chute d’une puissance de 20 kW équipant une ferme, l’installation coûte entre 30 000 € et 90 000 €.
• Une pico centrale de haute chute (100 m de dénivelé, débit de 2,5 l/s) de 2 kW équipant un refuge coûte entre 5 000 € et 15 000 €, auxquels il faut rajouter le coût des études environnementales, qui peuvent faire doubler le prix de l'installation.

Coûts d'exploitation

Les coûts directs d’exploitation comprennent :

• les frais de personnel, principalement du gardiennage et des petites interventions d’entretien des installations et bâtiments ;
• les consommables : huiles, électricité, pièces d’usine…
• la maintenance ;
• la taxe professionnelle et les redevances ;
• les diverses assurances ;
• la gestation administrative et financière : facturation, comptabilité.

Ces coûts directs d’exploitation représentent, en moyenne, selon le type d’installation, entre 10 et 30 % des recettes brutes.

Investissement

Le montage financer d'un projet de PCH se caractérise particulièrement par :

• une forte mobilisation de capitaux : il est admis que l’investissement se situe dans une fourchette allant de 5 à 10 fois le chiffre d’affaires, avec une moyenne se situant à environ 7 fois ;
• des marges sur chiffre d'affaires a priori élevées : un aménagement correctement conçu et exploité dégage, dans la plupart des cas, une marge élevée par rapport au chiffre d’affaires ;
• un investissement sur long terme : une PCH a une durée de vie de plusieurs dizaines d’années, il s’agit donc d’un investissement sur le long terme puisque les durées des contrats d’achat dans l’hydraulique sont les plus longs parmi les différentes filières d’énergies renouvelables (contrat de 20 ans) ;
• les divers risques financiers non négligeables: l'incertitude de la garantie d’obtenir l’autorisation d’exploiter l’énergie hydraulique du site pressenti après avoir fait les études très couteuses, l’irrégularité des données climatiques et hydrauliques du cours d’eau aménagé,...

Le coût d’investissement dépend fortement du site d’implantation et de ses caractéristiques. Selon le Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie (MINEFI), le coût de l’investissement total en hydroélectricité est compris entre 1 500 € et 2 700 € par kW. Ainsi, le coût de production moyen s’étale entre 0,033 € et 0,053 € par kWh. 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.

Tarif de rachat

Les tarifs de rachat de l'EDF pour la petite centrale hydroélectrique

En raison du fait que la plupart des PCH sont possédées par les producteurs indépendants, la vente d’électricité de ces producteurs aux grands fournisseurs d’électricité (EDF), ou généralement à un réseau général, dépend forcément de l’obligation d’achat et du tarif d’achat. De plus, le tarif d’achat et la durée des contrats sont des facteurs absolument déterminants pour le développement de la petite hydroélectricité. Les installations hydrauliques d'une puissance installée inférieure à 500 kW (PCH) sont éligibles au mécanisme des obligations d'achat avec une durée de contrat de 20 ans. Les tarfifs de rachat de l'électricité hydraulique pour ces installations sont définies par l'Arrêté du 13 décembre 2016. Ces tarif varient entre 58 et 182 € / MWh HT.

Comparaison de rentabilité économique avec d'autres sources d'énergie renouvelable :

Avec les éoliennes

Pour les centrales éoliennes, le prix du kW installé s'élève à 120 € quelle que soit la région. Dans le Languedoc-Roussillon (Occitanie) et Bouches-du-Rhône, le prix de revient du kWh est de 4,5 c€ (centimes d'euros) et 6 c€ pour les parcs éoliens bretons, les mieux exposés. En s'appuyant seulement sur la comparaison des prix du kW installé et du kWh produit, on retire que l'énergie éolienne est concurrentielle par rapport à l'énergie hydroélectrique.

Par contre, elle présent un grave inconvénient: la productivité des éoliennes a une grande dépendance à l'égard des conditions climatiques. Donc, dans des situations anticycloniques caractérisées par des périodes sans vent ou peu ventées, il faut investir dans de nouvelles centrales thermiques pour répondre à la demande d'électricité.

Avec les centrales photovoltaïques

A la centrale photovoltaïque de la Halle Pajol à Paris, le prix de revient du kWh est de 81 c€ contre 6c€ pour la mini-centrale de La Verna. Ainsi, le prix de revient d'une centrale photovoltaïque est considérablement supérieur à celui du kWh d'origine hydraulique. L'investissement d'une centrale photovoltaïque est par conséquent plus important que celui d'une mini-centrale hydroélectrique.

Des acteurs divers au sein d'une filière organisée

Tandis que d’autres filières de production d’énergie utilisent des équipements industriels assez normalisés, les centrales hydroélectriques utilisent des équipements fabriqués sur mesure, adaptés spécifiquement au débit de la rivière et à la hauteur de chute, ce qui fait l’unicité de chaque centrale. Au cours du temps, la filière s’est professionnalisée et différents acteurs ont commencé à s’organiser autour de celle-ci. On distingue ainsi, les acteurs suivants :

• Les propriétaires des centrales : ils doivent s’assurer du bon état des installations, de la sécurité des ouvrages et de leur capacité à remplir durablement leur mission.
• Les exploitants (le propriétaire étant souvent aussi l’exploitant sur les petites centrales hydroélectriques) : ils assurent le fonctionnement quotidien des installations dans la production de l’énergie, la maîtrise de l’écoulement de l’eau (gestion de l’aménagement en crue par exemple), le respect des obligations réglementaires, etc. Les exploitants peuvent en outre employer un gardien pour l’exploitation de premier niveau de la centrale, le contrôle visuel des installations, le graissage régulier, etc. Certains exploitants indépendants comme SNCF, des entreprises et des usines industrielles possèdent également leurs propres PCH en raison de l'autoconsommation.
• Les ingénieurs : intervenant en amont, ils soutiennent le propriétaire et réalisent les études préalables à la maîtrise d’œuvre d’opérations de maintenance lourde, de renouvellement, ou de mise en conformité réglementaire, et surtout les constructions neuves.
• Les entreprises de la filière : l’exploitation, la création et la rénovation des centrales hydroélectriques nécessitent des compétences industrielles et artisanales spécifiques à la filière pour la fabrication et la rénovation des turbines, le génie-civil, la mécanique-vantellerie, l’électrotechnique, le contrôle-commande, les télécommunications, les travaux en rivière, interventions spécifiques (cordistes, plongeurs, hélitreuillage, etc.)… Tous les domaines de la profession disposent d’un large choix de fournisseurs et d’entreprises à même de répondre efficacement à l’ensemble des besoins liés à l’exploitation d’une centrale hydroélectrique.

Regard artistique contemporain

Des centrales hydrauliques singulières

Forces motrices de Mathay - 1914. Source : Petite Hydroélectricité.

Depuis quelques années, de plus en plus de centrales hydroélectriques sont détournées de leur but principal en se transformant en musée. En effet, cette reconversion s’opère en ayant comme objectif celui de permettre d’apporter une meilleure connaissance de ce type d’énergie et surtout de sensibiliser les gens à l’utilisation courante de l’énergie verte. Un exemple très concret est celui de la centrale hydroélectrique en Italie sur les rives du lac Garda.

Construite en 1920 par l’architecte italien Giancarlo Maroni, elle n’est plus seulement une simple centrale, mais une véritable institution éducative pour les jeunes et les moins jeunes. Elle a permis une reprise de la croissance dans la région, touchée en cette période par l’émigration, en ayant des effets plus que positifs sur la vie des résidents locaux. La centrale, alimentée par l’eau du lac de Ledro, situé à environ 10 km, peut produire jusqu’à 80 millions de kilowattheures d’énergie et d’électricité par an. Considérée comme une installation exceptionnelle et un chef-d’œuvre architectural, elle donne la possibilité aux visiteurs de découvrir à travers les différentes activités proposées, comment obtenir de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique de l'eau et le fonctionnement des énormes turbines.

Autre exemple de centrale hydraulique très particulière : celle de Heimbach, en Allemagne. Édifiée en 1904, modèle de l'architecture Jugendstil (l’Art Nouveau en Allemagne), il s’agit de l’une des plus grandes centrales hydroélectriques européennes encore actives de son temps. Transformée en 1975, elle produit 25 millions de kWh pour 7800 foyers, à la différence de son époque où elle ne fournissait uniquement 12 kWh.

Les structures des centrales hydroélectriques modernes semblent vouloir se camoufler à la nature, afin de s’en rapprocher toujours plus. En 2010, en Allemagne, a été construite “Stone in the River (Pierre dans la rivière)”, centrale hydroélectrique près de Kempten, qui, grâce aux arcades présentes sur sa structure, rappelle le mouvement des vagues. Le choix des matériaux et l’attention aux effets d’éclairage donne comme résultat à la surface un caractère presque velouté, interrompu par des parties brillantes. En raison de l’approvisionnement élevé en eau, elle dispose de 13 centrales au fil de l’eau.

Un projet culturel serbe atypique : "DRINA, 2011-2012"

Guillaume Robert, 2012

Entre 1992 et 1995, des villes de Bosnie (Sarajevo, Goražde, Sebrenica, Žepa...) se font assiéger par l'armée de la république serbe de Bosnie. Afin de faire face à la pénurie, des habitants fabriquent des objets à partir de matériaux récupérés ou d'objets détournés de leur fonction initiale. Ces actes de création s’inscrivent dans l'urgence et la nécessité, et contribuent à la résistance de ces villes, ainsi qu’à la survie des habitants. Dans Goražde : la guerre en Bosnie orientale, 1993-1995, Joe Sacco livre une vision singulière de machines artisanales et improvisées, des mini-centrales hydroélectriques, sortes de radeaux flottants sur la Drina. Il s’agit d’une tentative de désenclavement en écoutant les radios, et accédant ainsi à l'extérieur.

« Les mini-centrales sont des objets qui concentrent histoire, résistance, paysage, autonomie, énergie, sculpturalité, «do it yourself», étrangeté. Ce sont des objets qui induisent un précipité, un point de condensation entre des densités historiques tout à fait épouvantables et une potentialité poétique, imaginaire, fictionnelle. »

Le processus de travail du projet Drina s'est orienté vers la reconstruction d'une de ces machines avec le soutien des habitants de Goražde, et plus précisément avec l'aide de Juso, mécanicien à la retraite aujourd'hui, qui fut à l'initiative de la conception et fabrication de ces machines en 1993. Dans un premier temps Guillaume Robert et le musicien Baptiste Tanné ont enquêté à Goražde sur l'existence, la technique et le contexte historique de création de ces machines. Après être entrés en contact avec Juso Velic, ils lui ont proposé de reconstruire une mini-centrale. À partir de cette reconstruction, le processus s'emploie alors à documenter une expérience émotionnelle et héroïque : la résistance au siège serbe des habitants de Goražde il y a quinze ans.

La mini-centrale fut mise à l'eau sur la rivière en Juillet 2011, fixée au principal pont de la ville. Les étapes de construction et de mise à l'eau de la mini-centrale sont documentées via le film éponyme du projet : Drina. Le film s'appuie sur le processus de façon à proposer une trace du projet artistique global, mais surtout à constituer une expérience filmique singulière.

« Aux données historiques ou techniques, est préférée une approche plus directement sensuelle : la construction de la mini-centrale devient un fil rouge, un prétexte afin de montrer du travail, du temps, de la présence, de la pensée, de la chair... »

Et pour l’avenir ?

Potentiel des petites centrales hydrauliques

Face au paradoxe que constitue l’augmentation incessante de freins législatifs ou financiers et la nécessité d’enclencher une vraie transition énergétique, il apparaît primordial de trouver un équilibre entre les enjeux énergétiques et environnementaux. Compte tenu du potentiel des petites centrales hydrauliques, il existe deux voies possibles :

• la réhabilitation d'anciens sites au travers de :

- l’équipement de seuils existants (anciens moulins, ou autres installations hydrauliques) tombés en désuétude. La modernisation des installations souvent très anciennes, apparaît comme une possibilité intéressante d’accroissement de la capacité installée. Par ailleurs dans certains cas, cela peut s'inscrire dans une démarche de préservation du patrimoine.

- l'équipement d’infrastructures dédiées à d’autres usages (turbinage d’eau potable et d’eau usée, canaux d’irrigation, réseaux d’adduction). Le développement de l’utilisation des réseaux d’eau est par ailleurs fortement recommandé. En effet, il présente de nombreux avantages, tels que des coûts plus bas, moins de contraintes administratives et la valorisation de l’énergie.

- l’installation de turbines adaptées sur les ouvrages hydrauliques déjà en place.

En France, la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) publiée en 2016 a fixé un objectif d'augmentation de 500 à 750 MW de la puissance installée à l'horizon 2023. Une partie importante de cet objectif sera atteinte par la modernisation et l'optimisation des aménagements existants.

• la construction de nouveaux sites

Même si il est préférable de restaurer des sites déjà existants, il apparaît nécessaire d'installer de nouvelles centrales hydroélectriques. En France, la création de petites infrastructures hydroélectriques est encouragée par des appels d’offre du gouvernement dans cadre de la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE). En général il s'agit de constructions habituelles sur les cours d’eau, cependant, de plus en plus la recherche se tourne vers le développement de nouvelles formes de produire de l’électricité à partir de la force de l'eau.

Des voies d'innovations envisageables

Divers champs de réflexion et d’expérimentation existent depuis de nombreuses années dans le but de transformer l'énergie hydraulique en électricité. Cependant, dans le contexte actuel des techniques, quasiment tous se heurtent, à des problèmes de faisabilité à l’échelle industrielle et de rentabilité. Néanmoins, la multiplicité des projets et l'apparition de startups créatives et motivées, les projets techniques avec des matériaux innovants, ainsi qu'un meilleur échange d’information encouragé au plan international professionnalisent de plus en plus les domaines de recherche autour de cette énergie d’où émergent des solutions de plus en plus crédibles et intéressantes.

Le cas des hydroliennes d’eau douce

Par exemple, des hydroliennes fluviales sont testées, comme sur le Rhône, en amont du barrage de Génissiat, ou sur la Garonne. De nombreuses startups se penchent sur ce domaine qui peut envisager de transformer la production d’énergie, notamment dans les pays émergents. Ainsi, EEL Energy propose une hydrolienne à membrane, en test depuis 2015.

Il est aussi possible de turbiner l’eau potable et les eaux usées, comme à Rodez, où l’usine municipale de production d’eau potable est équipée d’une turbine produisant 320 000 kWh/an. Le développement technique a par ailleurs permis de développer de petites turbines pouvant exploiter des puissances beaucoup plus faibles. De nouvelles solutions sont, en outre, en cours de développement, au sein de nombreuses startups. Ces dernières se proposent même de fournir des équipements, des pico-turbines, capable de fournir une puissance de quelques watts à quelques centaines de watts. Le marché des installations sous le régime de l’autorisation (< 4,5 MW) pourrait par ailleurs bénéficier de ces améliorations techniques qui rendent les équipements accessibles à de petites collectivités.

Pour en savoir plus sur les innovations récentes en termes de petite hydroélectricité, voici une vidéo très intéressante sur le sujet (datant de 2015) :.

Impact du changement climatique

D’autre part, le changement climatique risque (très prochainement) de menacer le développement de la petite hydraulique. En effet, cela risque de se traduire par un climat inconstant et imprévisible qui affecterait le débit des cours d’eau ainsi que leur équilibre physico-chimique. L’un des avantages principaux de la petite hydraulique étant le caractère prévisible des réserves, contrairement à d’autres sources d’énergie renouvelable, tels que le solaire ou l’éolien, cette ressource verra par conséquent ses potentialités fortement affectées.

Les petites centrales hydroélectriques vont sûrement se retrouver en concurrence avec d’autre secteurs, notamment celui de l’eau potable à cause de l’irrégularité des ressources en eau, entraînant les centrales à fonctionner de manière moins performante.

Par ailleurs, les études à long terme sur l’incidence du changement climatique sur le régime hydrologique des cours d’eau français mette en évidence une diminution significative globale des débits moyens à l’échelle du territoire, de l’ordre de 10 à 40% en fonction des simulations. Pour la plupart des cours d’eau, les prévisions montrent une accentuation des étiages encore plus marquée. En raison de l’accroissement de l’évaporation de surface et du régime perturbé des précipitations saisonnières, pluie et neige, "cette tendance introduit dans la gestion de la ressource une contrainte supplémentaire de continuité de disponibilité."

A l’avenir, il deviendra nécessaire que les études de sites de petite hydroélectricité prennent en compte la manière dont les changements climatiques peuvent affecter l’efficacité des centrales et agir en conséquence. En outre, afin d’aider à réduire les conflits entre les différentes utilisations des ressources en eau, de meilleurs systèmes de gestion d’eau pourraient éventuellement être mis en place. Néanmoins, loin de réduire l’importance de développer la petite hydroélectricité, les impacts du changement climatique ne font que mettre en lumière la nécessité absolue de développer et d’utiliser plus largement la petite hydraulique ainsi que d’autres formes d’énergie renouvelable aussi rapidement que possible.

Assurer le développement de la petite hydraulique

Une évaluation complète des ressources hydriques comprenant des données déjà recueillies, des données terrains, des statistiques et des modèles (le débit, le taux de précipitation, les crues saisonnières, les températures, l’évaporation, les autres utilisations du cours d’eau) doivent être connus afin de bien décider la période de mise en place des travaux afin de ne pas nuire à celles-ci.

Social : La création d'une économie locale circulaire encadrée et encouragée par le gouvernement et les organisations compétentes

• La petite hydraulique devrait être valorisée comme une source d’énergie propre, une excellente alternative au bois combustible pour l’éclairage, et un système idéal pour l’électrification rurale, notamment dans les dans les lieux isolés.

• Peut créer des opportunités d’emploi pour la population locale : exploitation, maintenance, réparation…

• Besoin d’une plus grosse coopération des pays : planification, développement et mise en place de projets.

• Les ONG s’investissent de plus en plus (CIPH, ONUDI, Commission de Régulation de l’Energie).

Economique : une coopération pour des projets pérennes et rentables

• Conclure des contrats d’achat d’électricité (PPAs) de long terme.

• Conclure des tarifs d’achats avec les producteurs d’énergies renouvelables.

Sociétal : encourager des entreprises à investir dans des projets de petite hydraulique

• Encourager un accès prioritaire aux énergies renouvelables.

• Les objectifs des plans de développement de l’énergie renouvelable doivent être alignés sur ceux d’autres secteurs comme l’eau et l’environnement.

• Il faut un soutien explicite et encadrer du gouvernement et des porteurs de projets.

• La petite échelle est une priorité afin d’attirer les investissements privés. La mise en place de micro-réseaux avec des petites centrales hydroélectriques fournissant une charge de base offre une solution à court ou moyen terme, voire pérenne, pour équiper les communautés éloignées et inaccessibles en électricité.

Réglementaire : enlever les freins bureaucratiques

• Les politiques de mesures nettes pour les projets à petite échelle.

• La mise en place d’un guichet unique afin de disposer d'une seule agence responsable avec des contrats standardisés.

• La législation concernant l’acquisition de sites adaptés au développement de petite hydraulique doit être claire et transparente. En effet cela permettrait à la fois de réduire les coûts et d’accélérer le développement.

Partage des connaissances : le besoin d'un consensus international

• Faire intervenir plus fréquemment des experts.

• Mettre en place des tailles standards.

• Mettre en place un régime clair d’évaluation des effets de la PH.

Tour du Monde de la petite hydroélectricité

Les données les plus complètes et récentes sur la situation de la petite hydroélectricité dans le monde sont contenues dans le Rapport Mondial sur le Développement de la Petite Hydraulique publié en 2016 conjointement par l'Organisation des Nations Unies pour le Développement Industriel (ONUDI) et le Centre International sur la Petite Hydraulique (CIPH). Etabli en Chine, ce dernier a notamment pour objectif de promouvoir le développement de cette technologie en fournissant des données et conseils aux différents acteurs concernés : états, régions, localités, organisations internationales, entreprises … qui exercent le rôle de décideur ou d’investisseur. Dans cette continuité, il encourage fortement la coopération entre pays développés et pays en voie de développement qui ont le plus souvent des connaissances techniques limitées sur la petite hydroélectricité.

Une définition inégale

D’un pays à l’autre, la définition de la petite hydroélectricité varie. Généralement, on appelle petite centrale hydroélectrique, toute installation dont la capacité est inférieure à 10 MW. Cette définition est valable en France et dans la plupart des états européens ou encore aux États-Unis mais peut varier selon le pays. En Inde et en Chine, il s’agit de centrales dotées d'une puissance inférieure à 25 MW, tandis qu’au Québec, il est plutôt question des centrales ayant une capacité inférieure à 50 MW.

Il est donc nécessaire d’être vigilant quant à l’appréciation de certains chiffres, qui manquent parfois de précision car ils sont une approximation.

Quelques chiffres

Voici des chiffres datant de 2016 et prenant en compte les PCH d'une puissance <10 MW :

Potentiel de petite hydraulique par région (%). (Source : CIPH, 2016)

Capacité installée de petite hydraulique par région (%). Source : CIPH, 2016

Dans le monde :

• l’hydroélectricité est la première forme d’énergie renouvelable avec plus de 1,2 TW de capacité installée, dont 6,5 % concernent la petite hydroélectricité ;
• la capacité installée est estimée à 78 GW, soit une augmentation d’environ 4 % par rapport à 2013 ;
• environ 36 % du potentiel global a été développé.

Par ailleurs :

• les cinq principaux pays – Chine, Italie, Japon, Norvège et États-Unis – représentent 67 % de la capacité installée mondiale totale ;
• l’Asie a la plus grande proportion de capacité installée, soit 65 % de la proportion totale mondiale ;
• l’Europe de l’Ouest a développé 85% de son potentiel ce qui en fait la région au potentiel développé le plus élevé au monde.

Sur les graphes ci-joints, on constate dans l’ensemble que la capacité installée reflète le potentiel en petite hydraulique de chaque région. Autrement dit, plus le potentiel est élevé, plus il a été exploité ce qui se traduit par une capacité installée plus importante. Cette remarque est à nuancer puisque les Amériques ont une capacité installée plus faible que l’Europe bien que leur potentiel soit plus grand.

De plus, ces graphes mettent en évidence l’écart de développement de la petite hydraulique entre l’Asie et l’Europe d’une part et l’Océanie et l’Afrique d’autre part, dont les capacités installées et potentiel respectifs sont les plus bas au monde. L’Océanie possède très peu de cours d’eau exploitables justifiant en partie son retard en termes de développement de petites centrales hydroélectriques. L’Afrique quant à elle, a encore la possibilité de développer de manière beaucoup plus importante son potentiel.

Définitions :

Capacité installée : puissance réellement produite, qui a été développée jusqu’à présent.

Capacité potentielle (potentiel) : puissance qui pourrait être produite, à partir des ressources en eau exploitable pour la PH.

Potentiel développé (taux de développement) = Capacité installée/Capacité potentielle

Pays en voie de développement

Potentiel restant et capacité installée en petite hydraulique par région (< 10 MW). Source : CIPH, 2016

Capacité installée et potentiel en petite hydraulique par région (< 10 MW). Source : CIPH, 2016

A l’heure actuelle, l’Europe a exploité une part majoritaire de ses ressources en petite hydraulique. L’enjeu y est donc maintenant de développer davantage d’autres formes d’énergie renouvelable telles que le solaire ou l’éolien, non pas comme complément mais remplacement progressif des énergies fossiles.

En revanche, dans la plupart des pays en voie de développement, le taux de développement des PCH est encore minime. Or, la petite hydraulique apparaît dans beaucoup de régions isolées comme l’une des meilleures solutions pour produire de l’électricité. En effet, cette technologie présente l’avantage d’être facilement concevable et adaptable aux circonstances géographiques et infrastructurelles, permettant de produire de l’électricité à faible coût, et n’exigeant que peu d’entretien.

Dans les zones rurales souvent non connectées au réseau d’électricité, l’installation de PCH joue un rôle non négligeable dans le développement socio-économique. En effet, l’arrivée de l’électricité apporte de la lumière dans les foyers ce qui permet notamment aux enfants d’étudier dans de meilleures conditions. Cela contribue également à un meilleur accès à l’information et à l’amélioration des infrastructures, telles que des routes, des réseaux de communication ou encore des pompes qui facilitent l’irrigation.

De plus, contrairement au solaire ou à l’éolien, l’énergie hydroélectrique est plus fiable car moins dépendante des conditions climatiques.

A part la Chine qui a considérablement développé la petite hydraulique, les autres pays émergents ou en voie de développement sont à la traîne. Dans les faits, certains d’entre eux montrent une volonté de développer la part des énergies renouvelables dans leur mix énergétique ; le secteur des PCH est ainsi encouragé par la mise en place de politiques. C’est le cas du Brésil et de l’Inde qui atteignaient respectivement 30% et 18% de potentiel développé en 2016. En Afrique, sous l’impulsion des pays de l’Est du continent la capacité totale installée a augmenté 10% entre 2013 et 2016. Cependant, en raison du faible niveau initial de capacité installée en petite hydraulique dans ces régions, l’augmentation reste mineure en comparaison à la Chine.

Parmi les raisons qui expliquent ce retard, plusieurs sont communes à différentes régions telles que :

• le manque d’études de terrain sur les écoulements fluviaux nécessaires pour établir le véritable potentiel en petite hydraulique et/ou la présence de données hydrologiques, climatiques et statistiques de mauvaise qualité ;
• l’absence de politiques concrètes, de procédures et de normes standardisées ;
• le manque d’expertise, de technologie locale et de personnel qualifié en particulier pour l’entretien et l’exploitation des centrales ;
• le coût élevé au démarrage des projets, notamment en raison de l’éloignement des sites potentiels qui impose la construction de lignes de transport et de routes, tandis que les ressources financières sont limitées (difficulté à trouver des financements à long terme auprès des banques locales) ;
• l’absence de tarifs d’achat qui permettent d’attirer les investissements financiers.

En parallèle, il existe des freins de nature différente qui sont spécifiques à certaines zones.

En Afrique du Nord et en Asie de l’Ouest (à l’exception de la Turquie), le potentiel est limité voire inexistant en raison des conditions environnementales peu favorables: climat sec, rareté de l’eau et/ou fluctuations des précipitations importantes. Dans les pays du Moyen-Orient, s’ajoute en plus l’instabilité politique. Ainsi, les pays de ces régions qui tentent de diversifier leur mix énergétique, investissent plutôt dans l’énergie éolienne et solaire comme alternative aux combustibles fossiles.

En Amérique du Sud, il existe aussi un obstacle social lié à la perception, souvent négative, de l’hydroélectricité par la population locale. Cette méfiance découle des conséquences néfastes sur l’environnement induits par plusieurs grands barrages, associés à un manque d’information sur les impacts et les avantages des PCH.

Par ailleurs, quand les énergies traditionnelles offrent des tarifs d’électricité bas, les pays sont moins enclins à se tourner vers les énergies renouvelables ; c’est le cas en Asie centrale et en Asie du Sud.

Enfin, la plupart des pays d’Afrique Australe privilégient le charbon et les grandes centrales hydroélectriques comme sources de production d’électricité tandis que la Mongolie et la Corée du Sud, se concentrent sur les grandes centrales hydroélectriques ou les énergies solaire et éolienne.

Études de cas

Voici quelques exemples concrets de la place actuelle de la petite hydroélectricité dans le monde : Place de la petite hydroélectricité dans le monde : études de cas.

Avantages et inconvénients de la petite hydroélectricité

Secteur	Avantages	Inconvénients
Environnemental	Energie renouvelable Caractère prévisible des réserves Permet de minimiser tous les effets négatifs liés aux grandes installations : - Ne nécessite pas de retenus/marge /renfoncement - Absence de relâché d’eau qui s'avère être dévastatrice pour le milieu - Libre circulation des poissons et des sédiments	Accords sur les tarifs d’achat qui ont provoqué une prolifération non encadrée à effet cumulé sur le même cours d’eau, risquant de générer des impacts environnementaux plus importants Manque de cadre réglementaire pour mesurer l’effet cumulé Construction : - Nécessite un barrage de dérivation qui provoque la réduction du débit et du volume d’eau, parfois aussi l’assèchement complet de sections de la rivière naturelle ; - Risques de contamination élevés à cause du rejet de déchets, liquides ou solides en lien avec les activités de construction ; - Certains projets nécessitent des activités d’excavation dans le cours d’eau altérant ainsi l’équilibre entre débits d’eau et charges sédimentaires ; - Parfois de lourds travaux dans le lit de la rivière sont indispensables. Contamination de l’eau : baisse de la qualité de l’eau (la turbidité, la couleur, la température, le taux d’oxygène dissous et le pH) Modifie le territoire et les paysages Effets sur les sédiments Constitue une perte de connectivité pour la faune aquatique
Social	Électrification rurale Opportunité de travail pour la population locale Diminue fortement l’ensemble des risques liés aux grandes installations : - Relâchés ; - Délocalisation ; - Assèchement ; - Nuit moins aux activités locales (ex : pêche).	La population locale n’est pas toujours inclue dans le projet Les entreprises locales ne sont pas toujours sollicitées Effet parfois négatif de la mise en eau d’une retenue sur les populations humaines et animales Risque de rupture du barrage lui-même Risque de rupture d’une conduite forcée Risque lié à un glissement de terrain dans la retenue Risque de submersion de la vallée en amont de la retenue
Economique	Des tarifs d’achats dans de nombreux pays ont permis de développer la PH Opportunité de projets pour des entreprises locales Demande peu de maintenance Dans les pays où la grande hydraulique est totalement exploitée (ex : France, Suisse Allemagne), c’est une alternative Évite les fuites lors de la distribution	Coûte environ 15% plus cher que des projets de grande hydraulique pour des constructions multiples Rendement : Une grande quantité de petites installations contribue faiblement à la production d’électricité à l’échelle nationale

Abréviations

PH ou PHE : Petite hydraulique (ou hydroélectricité)
PCH : Petite centrale hydraulique (ou hydroélectrique)
kW : Kilowatt
kWh : Kilowatt-heure
GWh : Gigawatt-heure
l/s : litre/seconde
MW : Mégawatt
m³/s : Mètre cube par seconde
CO₂ : Dioxyde de carbone

Bibliographie

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Auteurs

Elèves en Deuxième année à l'INSA de LYON - Département FIMI (Formation Initiale aux Métiers d'Ingénieur)

• CANICAVE Samuel
• DE VERCLOS Sylvain
• FENOUX Romain
• FERRARA Emanuela
• NGUYEN Ngọc Minh Quân
• SANCHEZ Sofia
• TOURNADE Margot
• VEREERTBRUGGHEN Lou

Réalisé début 2019. Dernière modification le 10/05/2019.

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