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Histoire de la production hydroélectrique

L'Histoire de la production hydroélectrique dans le monde a débuté dans le dernier quart du XIXe siècle avec les premières centrales hydroélectriques dans les Alpes et s'est accélérée au siècle suivant grâce au progrès dans les technologies de l'interconnexion électrique et de la conduite forcée. La découverte de nombreux ferro-alliages utilisables dans l'industrie et réalisables au moyen du four à arc électrique, tout comme celle de l'électrolyse, vont augmenter la demande de création de centrales électriques très puissantes et celles-ci se sont multipliées dans les Alpes au cours des années.

Histoire

Les pionniers

Portrait d’Aristide Bergès (1833-1904).

Les premiers barrages sont créés pour des besoins de stockage de l'eau, sans turbine électrique. C'est le cas en France du barrage Zola, terminé en 1854 et conçu contre l'épidémie de choléra de 1832-1835. Par ailleurs, les chutes d'eau sont équipées dans un premier temps pour les besoins de la papeterie, en raison de la présence toute proche d'une ressource forestière sur des pentes montagneuses impossibles à utiliser pour l'élevage ou l'agriculture. Les turbines centrifuges françaises ont révolutionné la production d'énergie mécanique pour la papeterie à partir de 1830. Bénéficiant du travail de recherche d'inventeurs comme Benoît Fourneyron, que l'Académie des sciences couronne en 1834. Ses turbines perfectionnées lui valent une médaille d'honneur à l'Exposition universelle de 1855. Elles sont vendues en Europe et à l'international, de la Russie au Mexique.

Cette technologie assez simple est remplacĂ©e dans la deuxième moitiĂ© du XIXe siècle par la turbine centripète conçue par l'amĂ©ricain Francis en 1840. L'Ă©lectricitĂ© en Europe est cependant produite le plus souvent par des petites centrales Ă  charbon. En 1869, l'ingĂ©nieur Aristide Bergès utilise l'Ă©nergie hydraulique sur une chute de deux cents mètres Ă  Lancey pour faire tourner ses dĂ©fibreurs, râpant le bois afin d'en faire de la pâte Ă  papier. Puis la turbine Pelton est conçue en 1880 pour les hautes chutes[1], mais leur utilisation pour produire de l'Ă©lectricitĂ© est encore très rare. Les premiers amĂ©nagements hydroĂ©lectriques se firent en combinant des barrages de prise de faible hauteur et des chutes plus ou moins importantes. En 1882, Aristide Bergès, qui vient de parler avec un esprit visionnaire de « houille blanche » en 1878 Ă  Grenoble, met en place une conduite forcĂ©e de 500 mètres de dĂ©nivelĂ©e et adjoint une dynamo Gramme Ă  ses turbines pour produire du courant Ă©lectrique et Ă©clairer son usine, puis alimenter la papeterie qu'il a adjointe Ă  sa râperie de bois.

En 1883, l'ingénieur italien Lorenzo Vanossi conçoit et installe à Chiavenna le premier générateur électrique de la province de Sondrio actionné par la force hydraulique, mais il faudra attendre en 1898 pour la première grande centrale hydroélectrique italienne de grande taille, Paderno, construite sur l'Adda par Edison, société issue en 1884 du Comité de Giuseppe Colombo, qui avait créé en 1883 à Milan la première centrale thermique, pour l'éclairage de ville.

L'ingénieur français Aristide Bergès reparle de « houille blanche » à la foire de Lyon en 1887 et lors de l'Exposition universelle de Paris de 1889[2]. L'Europe n'est pas la seule concernée. Les chutes du Niagara ont suscité très tôt des projets importants d'équipements hydroélectriques, au Canada comme aux États-Unis. L'Inde fut un des pays pionniers des équipements hydroélectriques. Les centrales de Darjeeling et de Shimsha (Shivanasamudra) furent mises en service en 1898 et 1902 respectivement, parmi les premières en Asie[3].

Les nouvelles technologies et les nouveaux débouchés

Hans Caspar Escher, architecte et homme politique de Zurich, un des fondateurs de Escher Wyss.

Quand en 1886, l'électrolyse du chimiste Paul Héroult révolutionne la production d'aluminium, les américains réagissent très vite en fondant deux ans plus tard, la Pittsburgh Reduction Company[4], qui deviendra Alcoa en 1929. Dans les deux pays, on recherche des sources d'électrité plus puissantes. Au même moment, en 1887, un industriel suisse, Paul Girod dépose son premier brevet de four à arc électrique, les nouveaux débouchés ne sont pas encore complètement identifiés, mais ils progressent très vite.

Une dizaine d'années plus tard, il met au point divers alliages nouveaux: ferro-tungstène, ferro-molybolène, ferro-uranium, ferro-tantale, ferro-bore et passe même à la fabrication industrielle du ferrochrome et du ferromanganèse. Le four à arc électrique nécessite de disposer rapidement d'une très grande puissance électrique et les chutes d'eau sont plus appropriées que les centrales à charbon. En Norvège, vingt ans plus tard, c'est le procédé Birkeland-Eyde qui permet de fixer l'azote atmosphérique à l'aide d'arcs électriques, afin de générer de l'oxyde nitrique (NO) servant à son tour à fabriquer des engrais azotés synthétiques. Son inventeur Samuel Eyde fonde Norsk Hydro. Les besoins industriels en électricité, de plus en plus intenses et variés, amènent à penser l'approvisionnement des centrales hydroélectriques sous forme de ressource durable et donc à créer des lacs de barrage, puis à alimenter ces lacs par tout un réseau de torrents détournés et captés. Grâce à des matériaux de plus en plus performants, les conduites forcées augmentent en puissance. Ainsi à partir de 1900, le fer rivé est remplacé par l’acier rivé puis, à partir de 1910, la soudure au gaz à l’eau remplace le rivetage.

Ancienne usine Neyrpic à Saint-Martin-d'Hères en mars 2013.

En 1916, les Etablissements Bouchayer Viallet ont dĂ©jĂ  construit plus de 200 conduites mais seules quelques-unes dĂ©passant une hauteur de chute de 500 mètres[5], hauteur que les nouvelles conduites vont rĂ©gulièrement dĂ©passer, avec un premier brevet dĂ©nommĂ© « Rivure Ferrand » destinĂ© Ă  limiter l’épaisseur des parois[5]. Dans les annĂ©es 1930 on passe Ă  la soudure Ă  l’arc Ă©lectrique, pour utiliser des aciers plus performants, Ă  l’aide d’électrodes enrobĂ©es.

Entrée monumentale de l'exposition de 1925

Autre entreprise grenobloise de fabrication de grands Ă©quipements hydrauliques, Neyrpic associe des technologies françaises et suisses. Sur les 800.000 chevaux vapeur installĂ©s en France avant 1914, 300.000 viennent de firmes Ă©trangères, et pour une Ă©crasante majoritĂ© de cinq firmes suisses, parmi lesquelles Escher Wyss, ThĂ©odore Bell, Piccard Pictet les Ateliers de VĂ©vey et celle fondĂ©e par Johann Jakob Rieter[6]. Ă€ elle seule, Escher-Wyss a vendu en France des Ă©quipements, pour une force cumulĂ©e de 253 000 chevaux vapeur. En 1917, sous l'impulsion des pouvoirs publics[6], Piccard Pictet crĂ©Ă© une filiale commune, pour les transferts de technologie, avec la firme grenobloise Neyret-Beliet, fondĂ©e par AndrĂ© Neyret et Casimir Brenier[7]. Dès 1925, la future Neyrpic avait Ă©quipĂ© les deux-tiers de la puissance Ă©lectrique installĂ©e depuis 1919, profitant d'un taux de change dĂ©favorable Ă  ses rivaux suisses[8]. Sur les 3 millions de chevaux vapeur installĂ©s en France de 1919 Ă  1936, près de la moitiĂ© le fut grâce aux accords de licence avec de nombreux autres partenaires Ă©trangers, dont une partie grâce au Plan Dawes de 1924, prĂ©voyant que l'Allemagne paie aussi des rĂ©parations en nature[9]. Neyrpic emploie un effectif de 1200 personnes Ă  l’aube de la Seconde Guerre mondiale. Elle s'affirma après 1945 comme le leader mondial de l'Ă©quipement hydroĂ©lectrique, employant plus de 5 000 personnes au dĂ©but des annĂ©es 1960[8].

En 1937, les cinq plus gros producteurs d'hydroĂ©lectricitĂ© sont les États-Unis (27,5 TWh), le Canada (16 TWh), l'Italie (10,25 TWh), la France (TWh), et la Suisse (TWh)[10].

Les grands barrages américains et canadiens de l'après-guerre

Puissance hydroélectrique installée aux États-Unis chaque année de 1890 à 2012
source données : U.S. Energy Information Administration

Les États-Unis connaissent après la Seconde Guerre mondiale un boom de la production hydroélectrique: elle passe de 100,9 térawatts-heures en 1950 à 149,4 en 1970, soit une progression de 50 % en une décennie, à laquelle s'ajoute une progression de 67 % lors de la décennie suivante, celle des années 1960, qui se terminent par une production de 251 térawatts-heures en 1970, niveau auquel le pays est revenu en 2010, quarante après. Entre-temps, l'équipement du pays a connu des hauts et des bas, avec d'excellentes années et d'autres beaucoup plus médiocres, le choc pétrolier de 1974 et celui de 1980 ayant remis au goût du jour d'autres sources d'énergie.

La Nationalisation de l'Ă©lectricitĂ© au QuĂ©bec par la crĂ©ation de la sociĂ©tĂ© d'État Hydro-QuĂ©bec en 1944 entraĂ®ne une diminution des tarifs Ă©lectriques, qui fait quintupler la quantitĂ© moyenne d'Ă©lectricitĂ© utilisĂ©e par les mĂ©nages montrĂ©alais entre 1944 et 1960, tandis que le nombre d'employĂ©s passe de 1 400 Ă  3 500 entre 1944 et 1960. Une seconde vague de nationalisation quĂ©bĂ©coise dĂ©bouche sur la construction de la Centrale de Churchill Falls et de l'AmĂ©nagement Robert-Bourassa, les deux plus grandes centrales hydroĂ©lectriques souterraines au monde. L'Ouest du Canada n'est pas en reste, avec le TraitĂ© du fleuve Columbia, signĂ© le , après quinze ans d'Ă©tudes, entre le Canada et les États-Unis pour exploiter et multiplier les barrages dans le bassin versant supĂ©rieur du fleuve Columbia: le Canada s'engage Ă  construire le barrage Mica, le barrage Duncan et le barrage Keenleyside (ex-barrage Arrows) — en Colombie-Britannique oĂą coule le fleuve pour prĂ©venir les crues et maximiser la production d'Ă©nergie hydroĂ©lectrique alimentant le bassin industriel de Seattle, au nord-ouest des États-Unis, qui s'engagent, en retour, Ă  financer une partie des investissements et partager l'Ă©nergie produite. Une controverse sur la compĂ©tence entre la province de Colombie-Britannique et l'État fĂ©dĂ©ral canadien retarde de trois ans l'application du TraitĂ©.

L'ère des barrages géants

Le dernier quart du XXe siècle voit la naissance des premières centrales hydroĂ©lectriques construites sur des barrages gĂ©ants dans les pays en forte croissance, parfois Ă  cheval sur deux pays, comme le Paraguay et le BrĂ©sil, pour des capacitĂ©s dĂ©passant largement celle des plus grands barrages produisant de l'Ă©lectricitĂ© en Europe. Souvent, ils sont conçus trop vite. Sous la dictature militaire brĂ©silienne (1964-1985), Eletrobras lance successivement le barrage de Coaracy Nunes, le barrage de Samuel, le barrage de Balbina et le barrage de TucuruĂ­, sur une suite d’erreurs techniques[11]: emplacements mal choisis, topographie trop plane, dimensions gigantesques (900 km2 Ă  Samuel et 2 300 km2 Ă  Balbina) causant l'ennoiement de vastes zones forestières, pour un dĂ©nivelĂ© et un dĂ©bit insuffisants Ă  donner une grande puissance aux usines d'aluminium associĂ©es ou aux Ă©tablissements miniers[11]. Le barrage de Santo AntĂ´nio produira par exemple 14 fois plus d’électricitĂ© que le barrage de Samuel, pour une surface submergĂ©e infĂ©rieure d’un tiers. L'État brĂ©silien a ensuite tentĂ© d'attĂ©nuer les critiques par la crĂ©ation de barrages «au fil de l’eau», c’est-Ă -dire sans aucune retenue, ou bien accessibles qu’en bateau ou en hĂ©licoptère[12], entourĂ©s d’une zone de protection oĂą tout dĂ©boisement est interdit. Ces erreurs ont aussi donnĂ© naissance au MAB (Mouvement national des personnes atteintes par les barrages), coalition nationale des diffĂ©rents groupes locaux et rĂ©gionaux de rĂ©sistance[13], mais sans arrĂŞter le projet de barrage de SĂŁo Luiz do TapajĂłs, sur l'un des affluents en rive droite de l'Amazone, qui doit voir le jour Ă  la fin des annĂ©es 2010.

Cette tendance s'est accélérée au siècle suivant et 9 des 23 plus grands barrages du monde ont été construits en Chine depuis 2008, permettant à l'énergie hydroélectrique d'assurer 11 des 15 plus grandes centrales électriques du monde.

Escalier d'Ă©cluses pour le passage du barrage des Trois Gorges par les navires, mai 2004

La plupart des barrages hydroélectriques sont construits au centre et au sud-ouest de la Chine, parmi lesquels le barrage des Trois-Gorges, le plus puissant du monde, ce qui entraîne le déploiement de milliers de kilomètres de lignes de transport à haute tension, sur un axe ouest-est pour les relier aux régions côtières énergivores.

En 2015, l'hydroĂ©lectricitĂ© en Chine prend de très loin 1er rang mondial, tant en termes de puissance installĂ©e (26,4 % du total mondial) que de production (28,3 %), mais elle ne fournit que 20 % de la production d'Ă©lectricitĂ© du pays, qui a connu une très forte croissance industrielle et immobilière. Sur les 30 barrages de plus de 3 000 MW dans le monde, 13 sont en Chine, pays qui veut porter la capacitĂ© hydroĂ©lectrique Ă  510 GW en 2050 contre 319 GW fin 2015 et la capacitĂ© de pompage-turbinage Ă  150 GW contre 23,1 GW.

Pour autant, les petites centrales hydroĂ©lectriques (PCH), dont la puissance est infĂ©rieure Ă  10 mĂ©gawatts, reprĂ©sentaient en 2007 encore environ le tiers du potentiel hydraulique total du pays[14]. Avant les annĂ©es 1980, il s'agissait surtout de fournir de l’électricitĂ© pour l’éclairage dans les zones rurales, qui ont connu de graves pĂ©nuries d’électricitĂ©, mais aussi la transformation des produits agricoles et l’irrigation. En 1983, afin de dynamiser le dĂ©veloppement Ă©conomique rural et aider les agriculteurs Ă  augmenter leurs revenus, l’électrification primaire rurale par l’hydraulique a Ă©tĂ© planifiĂ©e dans 600 districts[14]. Par ailleurs, le gouvernement chinois a investi 2,13 milliards d’euros dans le programme engagĂ© en 1988 pour la modernisation des rĂ©seaux ruraux.

En 2013, pour 5 des 10 premiers producteurs d'énergie hydrauliques (Norvège, Brésil, Venezuela, Canada, Suède)[15], dont deux sont scandinaves et deux sont sud-américains, l'hydraulique représente plus de la moitié de leur électricité. Inversement, les États-Unis, qui ont fait partie, avec la France et la Suisse, des pionniers au XIXe siècle puis des pays moteurs dans l'entre-deux guerres, ne consomment plus qu'un vingtième d'énergie hydraulique, malgré le potentiel des Montagnes Rocheuses. Chine, Canada et Brésil sont les 3 plus gros producteurs d'hydroélectricité, et le Canada et la Norvège les plus gros producteurs par habitant[15]

Chronologie

XIXe siècle

XXe siècle

XXIe siècle

Notes

    Voir aussi

    Articles connexes

    Références

    1. L’histoire des barrages, Comité Français des Barrages et Réservoirs (CFBR), juin 2013.
    2. Aristide Bergès, Maison Bergès, musée de la houille blanche.
    3. (en) « Shivanasamudra Falls comes alive », The Hindu,‎ (lire en ligne, consulté le )
    4. (en) « Alcoa -- Our History », sur www.alcoa.com (consulté le )
    5. Jean et Henry Le Chatellier, « Conduites forcées : les innovations de l’entreprise Bouchayer-Viallet à Grenoble », sur encyclopedie-energie.org (consulté le )
    6. Mondialisation et résilience des territoires : trajectoires, dynamiques d'acteurs et expériences, PUQ, , 292 p. (ISBN 978-2-7605-3288-5, lire en ligne), p. 90
    7. « Neyret Beylier / Neyrpic », sur www.remontees-mecaniques.net (consulté le )
    8. Marc-Hubert Depret (Couverture), Abdelillah Hamdouch et Corinne Tanguy, Mondialisation et résilience des territoires : trajectoires, dynamiques d'acteurs et expériences, PUQ, , 292 p. (ISBN 978-2-7605-3288-5, lire en ligne)
    9. Histoire de la mécanique appliquée: enseignement, recherche et pratiques mécaniciennes en France après 1880", par Claudine Fontanon ENS Éditions, 1998, page 97
    10. L'information géographique, volume 2, n°3, (lire en ligne), p. 133
    11. "Le défi de la transition énergétique en Amazonie brésilienne", par Céline Broggio, Marcio Cataia, Martine Droulers et Sébastien Velut, revue Vertigo de décembre 2014
    12. Anne Denis, « Grands barrages et climat: l’arbitrage infernal du Brésil », Slate,‎ (lire en ligne, consulté le )
    13. "LE FLEUVE, UN INSTRUMENT DU DEVELOPPEMENT DURABLE", Rapport aux Ministère de l’Équipement (PUCA) et Ministère de l’écologie, 2006
    14. « Le développement de la petite hydraulique en Chine », sur base.d-p-h.info, (consulté le )
    15. « Statistiques : Production mondiale d'énergie hydraulique », sur www.planetoscope.com (consulté le )
    16. (en) « Hydroelectric Plants in Switzerland - Bern & Fribourg », sur industcards.com (consulté le )
    17. « EIA Energy Kids - Hydropower », sur www.eia.doe.gov (consulté le )
    18. « Hydropower - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration », sur www.eia.gov (consulté le )
    19. « Bulletin technique de la Suisse romande : Les débuts de l'éléctricité en Suisse », sur www.e-periodica.ch (consulté le )
    20. « Statkraft 120 - Halogen », sur www.halogen.no (consulté le )
    21. Histoire du barrage, sur le site du muséoscope de Serre-Ponçon.
    22. (en) Blaine Harden, A River Lost : The Life and Death of the Columbia, W. W. Norton & Company, (réimpr. 1997), 272 p. (ISBN 978-0-393-31690-2)
    23. « Xiluodu Hydroelectric Power Plant », sur Power Technology (consulté le )
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