L'hydroélectricité est de loin la plus importante énergie renouvelable au monde, produisant plus de deux fois plus d'énergie que l'éolien et plus de quatre fois plus que le solaire. Le pompage de l'eau en amont d'une colline, aussi appelé « turbinage hydroélectrique par pompage », représente plus de 90 % de la capacité mondiale de stockage d'énergie.
Mais malgré l'impact démesuré de l'hydroélectricité, on n'en entend pas beaucoup parler aux États-Unis. Alors que les prix de l'énergie éolienne et solaire ont chuté au cours des dernières décennies et que leur disponibilité a grimpé en flèche, la production hydroélectrique nationale est restée relativement stable, car le pays a déjà construit des centrales hydroélectriques dans les endroits géographiquement les plus idéaux.
À l'échelle internationale, la situation est différente. La Chine a stimulé son expansion économique en construisant des milliers de nouveaux barrages hydroélectriques, souvent gigantesques, au cours des dernières décennies. L'Afrique, l'Inde et d'autres pays d'Asie et du Pacifique s'apprêtent à faire de même.
Mais une expansion sans surveillance environnementale stricte pourrait entraîner des problèmes, car les barrages et les réservoirs perturbent les écosystèmes fluviaux et les habitats environnants. Des études récentes montrent que les réservoirs peuvent émettre davantage de dioxyde de carbone et de méthane qu'on ne le pensait auparavant. De plus, la sécheresse due au climat rend l'hydroélectricité moins fiable comme source d'énergie, car les barrages de l'Ouest américain ont perdu une part importante de leur capacité de production d'électricité.
« En moyenne, le barrage Hoover produit environ 4,5 milliards de kilowattheures d'énergie par an », a déclaré Mark Cook, directeur de l'emblématique barrage Hoover. « Avec l'état actuel du lac, cette production est plutôt de l'ordre de 3,5 milliards de kilowattheures. »
Pourtant, les experts affirment que l’hydroélectricité a un rôle important à jouer dans un avenir 100 % renouvelable. Il est donc indispensable d’apprendre à atténuer ces défis.
Hydroélectricité nationale
En 2021, l'hydroélectricité représentait environ 6 % de la production d'électricité à grande échelle aux États-Unis et 32 % de la production d'électricité renouvelable. Aux États-Unis, elle était la première énergie renouvelable jusqu'en 2019, date à laquelle elle a été dépassée par l'éolien.
Les États-Unis ne devraient pas connaître une forte croissance de l’énergie hydroélectrique au cours de la prochaine décennie, en partie à cause de la lourdeur du processus d’octroi de licences et de permis.
« La procédure d'autorisation coûte des dizaines de millions de dollars et demande des années d'efforts. Et certaines installations, notamment les plus petites, manquent tout simplement d'argent ou de temps », explique Malcolm Woolf, président-directeur général de la National Hydropower Association. Il estime que des dizaines d'organismes différents interviennent dans l'autorisation ou le renouvellement d'une centrale hydroélectrique. Ce processus, précise-t-il, est plus long que celui d'une centrale nucléaire.
Étant donné que la centrale hydroélectrique moyenne aux États-Unis a plus de 60 ans, beaucoup d’entre elles devront bientôt obtenir un nouveau permis.
« Nous pourrions donc être confrontés à une série de renonciations à des licences, ce qui est ironique au moment même où nous essayons d'augmenter la quantité de production flexible et sans carbone dont nous disposons dans ce pays », a déclaré Woolf.
Mais le ministère de l'Énergie affirme qu'il existe un potentiel de croissance nationale, grâce à la modernisation des anciennes centrales et à l'ajout d'électricité aux barrages existants.
« Nous avons 90 000 barrages dans ce pays, dont la plupart ont été construits pour la régulation des inondations, l'irrigation, le stockage de l'eau et les loisirs. Seulement 3 % de ces barrages servent réellement à produire de l'électricité », a déclaré Woolf.
La croissance du secteur repose également sur l'expansion de l'hydroélectricité à accumulation par pompage, qui gagne du terrain comme moyen de « consolider » les énergies renouvelables, en stockant l'excédent d'énergie pour l'utiliser lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.
Lorsqu'une installation de pompage-turbinage produit de l'électricité, elle fonctionne comme une centrale hydroélectrique classique : l'eau s'écoule du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur, faisant tourner une turbine génératrice d'électricité. La différence réside dans le fait qu'une installation de pompage-turbinage peut se recharger en utilisant l'électricité du réseau pour pomper l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, stockant ainsi une énergie potentielle qui peut être libérée en cas de besoin.
Alors que le stockage par pompage dispose aujourd'hui d'une capacité de production d'électricité d'environ 22 gigawatts, plus de 60 gigawatts de projets sont en cours de développement. Seule la Chine se classe au deuxième rang.
Ces dernières années, les demandes de permis et de licences pour les systèmes de pompage-turbinage ont considérablement augmenté, et de nouvelles technologies sont envisagées. Parmi celles-ci figurent des installations en circuit fermé, où aucun réservoir n'est raccordé à une source d'eau extérieure, ou des installations plus petites utilisant des réservoirs. Ces deux méthodes seraient probablement moins perturbatrices pour l'environnement.
Émissions et sécheresse
La construction de barrages sur les rivières ou la création de nouveaux réservoirs peut entraver la migration des poissons et détruire les écosystèmes et habitats environnants. Les barrages et les réservoirs ont même déplacé des dizaines de millions de personnes au cours de l'histoire, généralement des communautés autochtones ou rurales.
Ces dommages sont largement reconnus. Mais un nouveau défi – les émissions provenant des réservoirs – suscite désormais une attention accrue.
« Ce que les gens ne réalisent pas, c'est que ces réservoirs émettent en réalité beaucoup de dioxyde de carbone et de méthane dans l'atmosphère, deux gaz à effet de serre puissants », a déclaré Ilissa Ocko, climatologue principale à l'Environmental Defense Fund.
Les émissions proviennent de la décomposition de la végétation et d'autres matières organiques, qui se décomposent et libèrent du méthane lorsqu'une zone est inondée pour créer un réservoir. « Généralement, ce méthane se transforme ensuite en dioxyde de carbone, mais pour cela, il faut de l'oxygène. Et si l'eau est très chaude, les couches inférieures sont appauvries en oxygène », explique Ocko, ce qui signifie que du méthane est alors libéré dans l'atmosphère.
En ce qui concerne le réchauffement climatique, le méthane est plus de 80 fois plus puissant que le CO2 pendant les 20 premières années suivant sa libération. Jusqu'à présent, les recherches montrent que les régions les plus chaudes du monde, comme l'Inde et l'Afrique, ont tendance à avoir des centrales plus polluantes, tandis qu'Ocko affirme que les réservoirs en Chine et aux États-Unis ne sont pas particulièrement préoccupants. Cependant, Ocko affirme qu'il est nécessaire de trouver un moyen plus fiable de mesurer les émissions.
« Et puis vous pourriez avoir toutes sortes d’incitations pour réduire cela, ou des réglementations par différentes autorités pour vous assurer que vous n’émettez pas trop », a déclaré Ocko.
Un autre problème majeur pour l'hydroélectricité est la sécheresse liée au climat. Les réservoirs peu profonds produisent moins d'électricité, ce qui est particulièrement préoccupant dans l'Ouest américain, qui a connu la période de 22 ans la plus sèche des 1 200 dernières années.
Alors que des réservoirs comme le lac Powell, qui alimente le barrage de Glen Canyon, et le lac Mead, qui alimente le barrage Hoover, produisent moins d'électricité, les combustibles fossiles prennent le relais. Une étude a révélé qu'entre 2001 et 2015, 100 millions de tonnes supplémentaires de dioxyde de carbone ont été rejetées dans 11 États de l'Ouest en raison de la désaffection pour l'hydroélectricité due à la sécheresse. Lors d'une période particulièrement difficile pour la Californie entre 2012 et 2016, une autre étude a estimé que la perte de production hydroélectrique a coûté à l'État 2,45 milliards de dollars.
Pour la première fois de l'histoire, une pénurie d'eau a été déclarée au lac Mead, entraînant des coupes budgétaires en Arizona, au Nevada et au Mexique. Le niveau d'eau, actuellement à 310 mètres, devrait encore baisser, le Bureau of Reclamation ayant pris la mesure sans précédent de retenir l'eau du lac Powell, situé en amont du lac Mead, afin que le barrage de Glen Canyon puisse continuer à produire de l'électricité. Si le niveau du lac Mead descend sous 290 mètres, il ne produira plus d'électricité.
L'avenir de l'hydroélectricité
La modernisation des infrastructures hydroélectriques existantes pourrait accroître l’efficacité et récupérer une partie des pertes liées à la sécheresse, tout en garantissant que les centrales pourront fonctionner pendant de nombreuses décennies à venir.
D'ici 2030, 127 milliards de dollars seront investis dans la modernisation des centrales hydroélectriques anciennes à l'échelle mondiale. Cela représente près d'un quart des investissements mondiaux dans l'hydroélectricité et près de 90 % des investissements en Europe et en Amérique du Nord.
Au barrage Hoover, cela signifie moderniser certaines de leurs turbines pour qu'elles fonctionnent plus efficacement à des altitudes plus basses, installer des vannes plus fines, qui contrôlent le débit d'eau dans les turbines et injecter de l'air comprimé dans les turbines pour augmenter l'efficacité.
Mais dans d'autres régions du monde, la majorité des investissements sont consacrés à de nouvelles centrales. Les grands projets publics en Asie et en Afrique devraient représenter plus de 75 % des nouvelles capacités hydroélectriques d'ici 2030. Cependant, certains s'inquiètent de l'impact de ces projets sur l'environnement.
« À mon humble avis, ils sont surdimensionnés. Ils sont conçus pour une capacité énorme qui n'est pas nécessaire », a déclaré Shannon Ames, directrice générale du Low Impact Hydropower Institute. « Ils pourraient être construits au fil de l'eau, ou simplement conçus différemment. »
Les installations au fil de l'eau ne comportent pas de réservoir et ont donc un impact moindre sur l'environnement. Cependant, elles ne peuvent pas produire d'énergie à la demande, car leur production dépend des débits saisonniers. L'hydroélectricité au fil de l'eau devrait représenter environ 13 % de l'augmentation totale de la capacité cette décennie, tandis que l'hydroélectricité traditionnelle en représentera 56 % et l'hydroélectricité par pompage 29 %.
Mais globalement, la croissance de l'hydroélectricité ralentit et devrait se contracter d'environ 23 % d'ici 2030. Inverser cette tendance dépendra en grande partie de la simplification des processus réglementaires et d'autorisation, ainsi que de la mise en place de normes de durabilité élevées et de programmes de mesure des émissions afin de garantir l'acceptation par la communauté. Un calendrier de développement plus court aiderait les promoteurs à obtenir des contrats d'achat d'électricité, ce qui encouragerait les investissements, puisque les rendements seraient garantis.
« Si cette énergie semble parfois moins attractive que le solaire et l'éolien, c'est en partie parce que l'horizon de développement des installations est différent. Par exemple, une centrale éolienne et solaire est généralement considérée comme un projet sur 20 ans », a expliqué Ames. « En revanche, l'hydroélectricité est autorisée et exploitée pendant 50 ans. Et beaucoup d'entre elles sont en exploitation depuis 100 ans… Mais nos marchés financiers n'apprécient pas forcément un rendement aussi long. »
Trouver les bonnes incitations pour le développement de l'hydroélectricité et du pompage-turbinage, et s'assurer que cela se fasse de manière durable, sera essentiel pour sevrer le monde des combustibles fossiles, déclare Woolf.
« Nous ne faisons pas autant la une des journaux que certaines autres technologies. Mais je pense que les gens prennent de plus en plus conscience qu'il est impossible d'avoir un réseau fiable sans hydroélectricité. »
Date de publication : 14 juillet 2022
