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Photo : Flickr Tuftronic10000

Parlons d’hydro?lectricit

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Les chiffres de 2006 indiquent que 97% de l??lectricit? produite au Qu?bec provenait de l?hydro?lectricit?. Cela signifie qu?environ 40% de l??nergie consomm?e au Qu?bec cette ann?e-l? venait de l?eau. D?une ann?e ? l?autre, l?hydro?lectricit? et le p?trole s??changent le titre d??nergie primaire la plus consomm?e dans la Belle Province. Cela vaut aussi ? Hydro-Qu?bec, l?entreprise nationale qui s?occupe de l?acheminement et de la majorit? de la production d??lectricit?, le titre de principal producteur d?hydro?lectricit? ? travers le monde.

Avec le portrait que je donne actuellement de l?hydro?lectricit?, vous comprendrez qu?il serait bien de vous ?clairer sur le fonctionnement de base de cette source d??lectricit?. Parce que plusieurs Qu?b?cois ne savent pas encore exactement quels m?canismes affectent la conversion de l??nergie stock?e dans l?eau en ?nergie ?lectrique, voil? quelques formules de base qui pourront vous ?clairer.

Tout est dans l??nergie potentielle

C?est tr?s simple: l??nergie qui est convertie en hydro?lectricit? vient de l??nergie potentielle (ou plus pr?cis?ment, l??nergie potentielle de pesanteur). L??nergie potentielle est cr??e ? partir d?une chute, et c?est l??nergie qui est dissip?e lorsque l?on passe d?un point de tr?s haute altitude ? un point moins ?lev?. En temps normal, cette ?nergie est perdue ou transf?r?e en ?nergie cin?tique. Par contre, en b?n?ficiant de ce transfert, il est possible d?actionner des turbines qui permettront de transformer cette ?nergie en ?nergie ?lectrique.

Voici l??quation de base de l??nergie potentielle:

Ep = m * g * (h1 ? h2)

Ep = ?nergie potentielle (Joules)

m = masse d?eau (kg)

g = constante gravitationnelle (9.81 m/ s^2)

h1 = hauteur sup?rieure de la chute par rapport au niveau de la mer (m)

h2 = hauteur inf?rieure de la chute par rapport au niveau de la mer (m)

Le watt, l?unit? que l?on utilise habituellement pour la puissance, est un joule d??nergie produit en une seconde. Donc, en sachant quelle masse d?eau circule chaque seconde, on peut conna?tre l??nergie potentielle d?une chute. La masse, quant ? elle, est calcul?e par la densit? de l?eau (1000 kg/ m^3) et le d?bit d?une rivi?re ou un cour d?eau (le nombre de m^3/s qui y circule). Donc, on peut transformer l??quation pr?c?dente et obtenir ceci:

ep = 9810 * Q * (h1 ? h2)

ep = puissance potentielle (watts)

Q = d?bit du courant (m^3/s)

h1 et h2 = hauteurs sup?rieure et inf?rieure de la chute par rapport au niveau de la mer (m)

Voil?, si vous avez r?ussi ? suivre cela, le calcul de l??nergie potentielle est tr?s simple une fois les autres param?tres mesur?s! Il ne suffit que de r?soudre une multiplication. Pas besoin d??quations compliqu?es ou quoi que ce soit.

Si vous suivez bien ce que je viens de donner comme informations, la puissance g?n?r?e par l?eau ne d?pend donc que de deux choses : la hauteur de la chute d?eau que vous utilisez et le d?bit du cours d?eau. Il reste un dernier param?tre qui affecte la production d??lectricit?: l?efficacit? du syst?me ? convertir l?eau en ?lectricit?. Une fois que tout cela est compris, vous avez les trois seules variables qui affecteront la capacit? ? produire de l??lectricit? ? partir de l?eau. Habituellement, afin de produire de grandes quantit?s d??lectricit?, les projets hydro?lectriques ont recours ? des barrages afin d?affecter le d?bit et la hauteur de la chute.

Le barrage (ou r?servoir)

Le but d?un barrage est simple: d?placer l?eau l? o? l?on veut qu?elle aille et former un bassin. On utilise les barrages notamment pour cr?er des sources d?eau artificielles pour l?irrigation afin de nourrir les gens, pour pr?venir des inondations ou pour produire de l??lectricit?. Dans certains cas, les barrages remplissent ces trois fonctions en m?me temps. En ?lectricit?, on cr?e un barrage afin de contr?ler le d?bit de l?eau et sa hauteur (comme mentionn?s plus haut, les deux param?tres qui affectent la production d??lectricit?).

Le barrage est donc plac? ? un lieu strat?gique. Ce lieu doit avoir une bonne d?nivellation, afin de cr?er une grosse chute. Le barrage est ensuite ?quip? de portes et de turbines, qui s?ouvriront pour laisser l?eau circuler selon les besoins en ?lectricit?. En plus de cela, le barrage doit ?galement pouvoir r?sister ? la pression en eau et ?tre ?tanche aux fuites naturelles et aux ?coulements qui causeront l?affaissement du sol ou qui pourraient laisser l?eau couler dans le b?ton. Un barrage, c?est donc plus qu?un gros bloc de b?ton; c?est aussi une structure compos?e de syst?mes de drainage et de rideaux d??coulement.

Le barrage modifie un bassin hydrographique grandement, et cela peut avoir des cons?quences sur les animaux, les gens vivant autour ou dans les sols. On classe habituellement les centrales en deux types: les centrales ? r?servoir et les centrales au fil de l?eau.

Centrale au fil de l?eau vs centrale ? r?servoir

Une centrale au fil de l?eau est une centrale qui ne forme pas ou forme un tr?s petit bassin hydro?lectrique, comme c?est le cas ? Beauharnois. Ces centrales sont souvent dans des zones o? il serait trop dangereux de faire un bassin et o? le d?bit de l?eau est tr?s tr?s rapide. En r?gle g?n?ral, une centrale au fil de l?eau a un bassin qui pourrait ?tre vid? enti?rement par le d?it normal de la rivi?re en moins de deux heures.

Beauharnois est une centrale ? l?ouest de Montr?al, et est la 5e plus grande au Qu?bec. Elle a une capacit? de 1755 MW, une chute de 24m et produit son ?lectricit? au co?t ridicule de 0.01$/kWh. Faisons un calcul: en assumant que la centrale a une efficacit? de conversion de 70% (70% de l??nergie potentielle est convertie en ?nergie ?lectrique), la centrale de Beauharnois, lorsqu?elle fonctionne avec toute sa capacit? ?lectrique, a le d?bit suivant:

Q = 1755 * 10^6 Watts de puissance / (0.7 d?efficacit?) * 9810 * 24m de chute = 104500 m?tres cubes par seconde

En gros, la centrale a ?t? con?ue pour recevoir environ 104,000 m?tres cubes d?eau par seconde! Beauharnois a ?t? construite sur un canal artificiel qui conna?t des d?bits d?eau tr?s rapide. Comme elle est pr?s de Montr?al et qu?elle est dans une r?gion assez plate, il serait impensable de faire un bassin hydro?lectrique trop gros, car cela inonderait les terres des gens habitant pr?s d?une r?gion m?tropolitaine.

Les centrales ? r?servoir, quant ? elles, sont con?ues pour avoir une tr?s haute chute. Pour produire de l??lectricit?, le d?bit est moins important qu?? une station comme Beuaharnois, mais l?installation d?un tel projet demande la cr?ation d?un r?servoir d?eau. En r?gle g?n?rale, le bassin form? par une centrale ? r?servoir se viderait en plus de 200 heures. Ces centrales ont l?avantage de pouvoir accumuler des r?serves d?eau pour ne produire que la quantit? d??lectricit? dont on a besoin.

La centrale LG-2 ou le bassin des Trois-Gorges, en Chine, sont deux exemples typiques de centrales hydro?lectriques ? r?servoir. LG-2, maintenant appel?e la centrale Robert-Bourassa, est la centrale avec la plus grande capacit? au Qu?bec: 5616 MW. La chute de LG-2, plus ?lev?e que Beauharnois, est de 137.2 m?tres. Cela signifie qu?avec le calcul pr?c?dent, on obtient un d?bit d?eau plus faible que Beauharnois, ? environ 58,500 m?tres cubes par seconde lorsque toutes les turbines sont en fonction (ce qui n?arrive pas souvent). Par contre, LG-2 a un avantage sur Beauharnois; en cas de probl?mes de surcharge ?lectrique, il est facile de fermer quelques turbines dans le complexe La Grande afin de ne pas cr?er de probl?mes; Beauharnois, quant ? lui, ne peut pas former de bassin hydro?lectrique et est ? la merci du courant, m?me en cas de probl?mes.

Les avantages et les probl?mes reli?s ? l?hydro?lectricit?

L?hydro?lectricit? est une technologie bien particuli?re. Elle provient de l?eau, une source de courant qui est plus fiable que le vent, mais qui n?est pas tr?s r?guli?re. Au Qu?bec, par exemple, les crues du printemps font que le d?bit d?eau n?est pas constant. Comme nous produisons plus d??lectricit? que nous n?en consommons, par contre, nous nous arrangeons pour vendre nos surplus aux ?tats-Unis en leur offrant des tarifs au prix de leur march?. Par contre, comme il est plus facile de contr?ler notre production ?lectrique (il faut quelques minutes pour fermer une turbine dans une centrale hydro?lectrique et quelques minutes pour la repartir; dans une centrale thermique, il faut quelques semaines), certaines compagnies de distribution d??lectricit? nous vendent leurs surplus de production afin de s?assurer que les syst?mes ?lectriques du nord-est de l?Am?rique ne tombent pas en panne ? cause d?une surcharge.

L?hydro?lectricit? est donc une ?nergie renouvelable qui, m?me si elle est irr?guli?re, peut ?tre contr?l?e facilement une fois que l?on d?veloppe un plan global. Son empreinte ?cologique est plus faible au niveau de la pollution atmosph?rique, mais elle comporte aussi d?autres probl?mes.

La cr?ation de r?servoirs modifie les ?cosyst?mes de fa?on majeure. Il faut donc bien ?valuer les cons?quences d?un projet. Dans le Nord Qu?b?cois, par exemple, la pr?sence de mercure dans les sols cause la contamination des eaux et de la cha?ne alimentaire du ? l??rosion caus?e par la formation de bassins. Au bout de quelques ann?es, ces cons?quences deviennent moins importantes. Les barrages ont de graves cons?quences sur la vie aquatique, et plusieurs tribus am?rindiennes dans le Nord ont soulign? la diminution des bancs de poissons et d?autres animaux suite ? l?implantation de barrages. Les cons?quences de l?effondrement d?un barrage sont aussi extr?mement dangereuses, car elles posent le risque d?inonder d?encore plus grandes r?gions. Finalement, il faut aussi arriver ? pr?venir l?accumulation de boue dans le r?servoir du barrage, afin de s?assurer que celui-ci dure plus longtemps. Mais au niveau des b?n?fices et des cons?quences entourant un barrage, l?exemple le plus poignant est celui du bassin des Trois-Gorges, en Chine.

La centrale des Trois-Gorges

La centrale des Trois-Gorges a pour but principal de pr?venir des inondations. Dans les ann?es ?90, une inondation dans la r?gion a caus? des pertes ?conomiques ?quivalentes au co?t de production anticip? du barrage des Trois-Gorges sur la rivi?re Yangzi. Suite ? de nombreuses pol?miques ? l?int?rieur de la Chine, les autorit?s chinoises ont d?cid? qu?elles construiraient un barrage hydro?lectrique afin de produire de l??nergie renouvelable, contr?ler le trafic maritime et de contr?ler les inondations. Ironiquement, le r?servoir de la centrale des Trois-Gorges a forc? l??vacuation et la d?localisation de plus d?un million de personnes.

Le bassin fait un peu plus de 10 km^2 et la capacit? ?lectrique install?e est de 18200 MW. Mes calculs me montrent que la centrale est cens?e fonctionner ? environ 50% de sa capacit? install?e totale. Cela signifie que le d?bit de la rivi?re est d?environ 130,000 m?tres cubes par seconde en moyenne, ? longueur d’ann?e. Par contre, afin d??viter les crues, de nombreuses terres agricoles ont ?t? ?vacu?es et des villages entiers ont ?t? ferm?s. On a d?localis? les populations dans les villes (sans plan social pour les aider) ou dans les montagnes. Par contre, l?agriculture dans des territoires montagneux, plein de pierres, ce n?est pas l?id?al.

Malgr? tout, le bassin des Trois-Gorges sera fini cette ann?e. C’est la plus longue centrale ?lectrique (elle s’?tend sur 2 km) et elle a la plus grande capacit? ?lectrique du monde. Le gouvernement chinois n’a pas g?r? ce projet avec les m?mes normes qu’un pays d?velopp? ne l’aurait exig? (une telle d?localisation serait impensable ici, m?me pour ?viter les inondations), mais la gestion a ?t? jug?e comme ? peu pr?s « acceptable » selon les normes chinoises. C’est tout de m?me l’un des projets qui fut le plus critiqu? ? l’int?rieur du pays.

En gros, voil? un bon aper?u de l?hydro?lectricit?, de ses moyens de production. Je n?ai qu?introduit les cons?quences de base de l?implantation de projets hydro?lectriques, mais j?esp?re que si vous ?tes arriv?s ? suivre, vous comprenez un peu mieux tout ce qui se passe quand vous appuyez sur un interrupteur pour allumer une lumi?re.

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