L'hydroélectricité est de loin la plus importante source d'énergie renouvelable au monde, produisant plus du double d'énergie que l'éolien et plus de quatre fois plus que le solaire. Le pompage de l'eau en altitude, également appelé « station de pompage-turbinage », représente plus de 90 % de la capacité mondiale totale de stockage d'énergie.
Mais malgré l'impact considérable de l'hydroélectricité, on en parle peu aux États-Unis. Alors que ces dernières décennies ont vu le prix de l'éolien et du solaire chuter et leur disponibilité exploser, la production hydroélectrique nationale est restée relativement stable, car le pays a déjà construit des centrales hydroélectriques dans les emplacements géographiques les plus idéaux.
À l'échelle internationale, la situation est différente. La Chine a alimenté sa croissance 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 suivre la même voie.
Cependant, une expansion sans contrôle environnemental rigoureux pourrait engendrer des problèmes, car les barrages et les réservoirs perturbent les écosystèmes fluviaux et les habitats environnants. De plus, des études récentes montrent que les réservoirs peuvent émettre davantage de dioxyde de carbone et de méthane qu'on ne le pensait. Par ailleurs, la sécheresse liée au changement climatique rend l'hydroélectricité moins fiable, car les barrages de l'Ouest américain ont perdu une part importante de leur capacité de production d'électricité.
« En temps normal, le barrage Hoover produit environ 4,5 milliards de kilowattheures d'énergie par an », a déclaré Mark Cook, directeur de ce barrage emblématique. « Avec le niveau actuel du lac, la 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 difficultés.
Énergie hydroélectrique 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. Sur le territoire national, elle était la principale source d'énergie renouvelable jusqu'en 2019, date à laquelle elle a été dépassée par l'éolien.
On ne s'attend pas à une forte croissance de l'hydroélectricité aux États-Unis au cours de la prochaine décennie, notamment en raison du processus d'autorisation et de délivrance de permis complexe.
« L’obtention des autorisations coûte des dizaines de millions de dollars et nécessite des années d’efforts. Or, certaines de ces installations, notamment les plus petites, n’ont tout simplement ni les moyens financiers ni le temps nécessaires », explique Malcolm Woolf, président-directeur général de la National Hydropower Association. Il estime que des dizaines d’organismes différents interviennent dans l’octroi ou le renouvellement d’autorisation d’une seule 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 devront bientôt faire l'objet d'un nouveau renouvellement de licence.
« Nous pourrions donc être confrontés à une vague d'abandons de licences, ce qui est ironique au moment même où nous essayons d'accroître 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 centrales anciennes et à l'augmentation de la production des barrages existants.
« Notre pays compte 90 000 barrages, la plupart construits pour la protection contre les inondations, l’irrigation, le stockage de l’eau et les loisirs. Seuls 3 % de ces barrages servent réellement à la production d’électricité », a déclaré Woolf.
La croissance du secteur repose également sur le développement de l'hydroélectricité par pompage-turbinage, qui gagne du terrain comme moyen de « sécuriser » les énergies renouvelables, en stockant l'énergie excédentaire pour l'utiliser lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.
Lorsqu'une centrale de pompage-turbinage produit de l'électricité, son fonctionnement est similaire à celui d'une centrale hydroélectrique classique : l'eau s'écoule du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur, actionnant une turbine qui génère de l'électricité. La différence réside dans le fait qu'une centrale 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 de l'énergie potentielle qui peut être libérée en cas de besoin.
Alors que le stockage par pompage-turbinage 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 deuxième dans ce domaine.
Ces dernières années, les demandes de permis et d'autorisation pour les systèmes de stockage par pompage ont considérablement augmenté, et de nouvelles technologies sont à l'étude. Parmi celles-ci figurent les installations en circuit fermé, où aucun réservoir n'est relié à une source d'eau extérieure, ou encore des installations plus petites utilisant des cuves plutôt que des réservoirs. Ces deux méthodes seraient probablement moins perturbatrices pour l'environnement.
Émissions et sécheresse
La construction de barrages ou de réservoirs peut entraver la migration des poissons et détruire les écosystèmes et les habitats environnants. Au cours de l'histoire, les barrages et les réservoirs ont même déplacé des dizaines de millions de personnes, généralement des communautés autochtones ou rurales.
Ces dommages sont largement reconnus. Mais un nouveau défi – les émissions provenant des réservoirs – suscite désormais une attention croissante.
« Ce que les gens ignorent, c’est que ces réservoirs émettent en réalité de grandes quantités de dioxyde de carbone et de méthane dans l’atmosphère, deux puissants gaz à effet de serre », a déclaré Ilissa Ocko, scientifique principale spécialisée dans le climat au sein du Fonds de défense de l’environnement.
Ces 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. « Normalement, ce méthane se transforme ensuite en dioxyde de carbone, mais il faut de l'oxygène pour cela. Et si l'eau est très chaude, les couches inférieures sont appauvries en oxygène », explique Ocko, ce qui signifie que le méthane est alors libéré dans l'atmosphère.
En matière de réchauffement climatique, le méthane est plus de 80 fois plus puissant que le CO2 pendant les 20 premières années suivant son émission. À ce jour, les recherches montrent que les régions les plus chaudes du globe, comme l'Inde et l'Afrique, ont tendance à abriter davantage d'installations polluantes, tandis qu'Ocko affirme que les réservoirs en Chine et aux États-Unis ne sont pas particulièrement préoccupants. Cependant, Ocko souligne la nécessité de développer une méthode de mesure des émissions plus fiable.
« Et puis, on pourrait avoir toutes sortes d'incitations pour réduire ces émissions, ou des réglementations émanant de différentes autorités pour s'assurer qu'on n'émet pas trop de polluants », a déclaré Ocko.
Un autre problème majeur pour l'hydroélectricité est la sécheresse liée au changement climatique. Les réservoirs peu profonds produisent moins d'énergie, ce qui est particulièrement préoccupant dans l'Ouest américain, qui a connu la période de 22 ans la plus sèche de ces 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 énergies fossiles compensent ce manque. 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 américain en raison du recul de la production hydroélectrique induit par la sécheresse. Durant une période particulièrement difficile pour la Californie entre 2012 et 2016, une autre étude a estimé que le manque 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 réductions des allocations d'eau en Arizona, au Nevada et au Mexique. Le niveau de l'eau, actuellement à 319 mètres (1 047 pieds), devrait encore baisser, car le Bureau of Reclamation a pris la mesure exceptionnelle 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 en dessous de 290 mètres (950 pieds), il ne produira plus d'électricité.
L'avenir de l'hydroélectricité
La modernisation des infrastructures hydroélectriques existantes pourrait accroître leur efficacité et compenser certaines pertes liées à la sécheresse, tout en garantissant leur fonctionnement pendant de nombreuses décennies.
D’ici à 2030, 127 milliards de dollars seront consacrés à la modernisation des centrales hydroélectriques anciennes à travers le monde. Cela représente près du quart des investissements mondiaux dans l’hydroélectricité et près de 90 % des investissements en Europe et en Amérique du Nord.
Au barrage Hoover, cela a impliqué de moderniser certaines de leurs turbines pour qu'elles fonctionnent plus efficacement à des altitudes plus basses, d'installer des vannes de régulation plus fines qui contrôlent le débit d'eau vers les turbines et d'injecter de l'air comprimé dans les turbines pour augmenter leur efficacité.
Ailleurs dans le monde, la majorité des investissements est consacrée à la construction de nouvelles centrales. Les grands projets étatiques en Asie et en Afrique devraient représenter plus de 75 % des nouvelles capacités hydroélectriques d'ici 2030. Cependant, certains s'inquiètent de l'impact environnemental de ces projets.
« À mon humble avis, elles sont surdimensionnées. Elles sont construites pour une capacité énorme qui n'est pas nécessaire », a déclaré Shannon Ames, directrice générale du Low Impact Hydropower Institute. « Elles pourraient être construites au fil de l'eau et elles pourraient simplement être conçues différemment. »
Les centrales au fil de l'eau ne comportent pas de réservoir et ont donc un impact environnemental moindre, mais elles ne peuvent pas produire d'énergie à la demande, leur production dépendant des débits saisonniers. L'hydroélectricité au fil de l'eau devrait représenter environ 13 % des nouvelles capacités totales installées au cours de cette décennie, tandis que l'hydroélectricité traditionnelle en représentera 56 % et le pompage-turbinage 29 %.
Cependant, la croissance de l'hydroélectricité ralentit globalement et devrait se contracter d'environ 23 % d'ici 2030. Inverser cette tendance dépendra en grande partie de la simplification des procédures 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'adhésion des communautés locales. Un calendrier de développement plus court permettrait aux promoteurs d'obtenir plus facilement des contrats d'achat d'électricité, ce qui encouragerait l'investissement grâce à la garantie de rentabilité.
« Si l'hydroélectricité paraît parfois moins attrayante que le solaire et l'éolien, c'est en partie parce que l'horizon de rentabilité des installations est différent. Par exemple, une centrale éolienne ou solaire est généralement considérée comme un projet d'une durée de 20 ans », a expliqué M. Ames. « En revanche, l'hydroélectricité est autorisée et exploitée pendant 50 ans. Et nombre de centrales fonctionnent depuis 100 ans… Mais nos marchés financiers n'accordent pas forcément autant d'importance à un retour sur investissement aussi long. »
Selon Woolf, trouver les incitations adéquates pour le développement de l'hydroélectricité et du stockage par pompage, et veiller à ce que cela se fasse de manière durable, sera essentiel pour sevrer le monde des combustibles fossiles.
« Nous ne bénéficions pas de la même couverture médiatique que certaines autres technologies. Mais je pense que les gens prennent de plus en plus conscience qu'on ne peut pas avoir un réseau électrique fiable sans énergie hydroélectrique. »
Date de publication : 14 juillet 2022
