L’énergie hydraulique est l’énergie fournie par les chutes d’eau provoquées par l’ouverture d’un barrage fermant un lac de retenue, ou parfois par le simple débit d’un fleuve.

Un peu d’histoire…
Dès l’Antiquité, l’énergie hydraulique est utilisée par les Romains et les Grecs qui moulent leur blé grâce à une roue hydraulique. Les grandes roues à eau d’une puissance maximale de 50 chevaux n’apparaissent qu’au Moyen Age.

Le développement de cette source d’énergie s’accroît grâce à John Smeaton, ingénieur britannique des travaux publics qui invente la première turbine hydraulique en fonte permettant ainsi de transformer l’énergie cinétique en énergie mécanique. Cette énergie joue alors un rôle prédominant durant la Révolution Industrielle notamment dans le secteur du textile, du cuir et des ateliers d’usinage.

Fonctionnement

« Le principe repose sur la force de gravité : il s’agit de transformer l’énergie potentielle de l’eau retenue dans des réservoirs en énergie mécanique au moyen d’une turbine, puis de convertir cette énergie mécanique en électricité grâce à un alternateur.
L’eau descend jusqu’à l’usine le long de conduites forcées : à sa sortie elle possède une grande énergie, due à sa perte d’altitude, qui fait tourner l’immense roue d’une turbine. Les turbines des centrales hydroélectriques sont activées par la force de l’eau passant d’un niveau supérieur à un niveau inférieur. La turbine entraîne un alternateur, qui produit du courant électrique. Plus la hauteur de la chute d’eau et le débit sont importants, plus la puissance électrique sera élevée. »

Il existe plusieurs types de centrales hydroélectriques :

• Les usines de basse chute ou au fil de l’eau qui sont alimentées par le débit d’un fleuve. L’eau n’est pas retenue, elle s’écoule librement.

• Les usines de haute chute ou de lac situées en haute montagne et qui ne sont mobilisés que pendant les périodes de forte consommation d’énergie. La chute d’eau va de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres. Le dénivelé est important entre le barrage qui retient l’eau et l’usine. Le lac de retenue est alimenté par les torrents, la fonte des neiges et des glaciers, les pluies du printemps.

• Les usines de moyenne chute ou d’éclusée situées en moyenne montagne et qui servent aux périodes de forte consommation journalière ou hebdomadaire.

Au fil de l'eau

De haute montagne

Situation actuelle
La production annuelle d’hydroélectricité s’élève en moyenne à 70TWh, ce qui correspond à 95% de la production d’électricité de source renouvelable et 14% de la production d’électricité française. Depuis 1946, la production des centrales hydrauliques a été multipliée par six. La puissance cumulée des centrales hydroélectriques étant stable c’est la pluviosité qui détermine la part de la production hydraulique.
La France a pour objectif d’ici 2010 de produire 33 milliards de KWH supplémentaires en énergies renouvelables.

Avantages et inconvénients
En ce qui concerne l’environnement, l’énergie hydraulique est une des énergies renouvelables les plus efficaces. Celle-ci ne rejette aucun gaz à effet de serre et ne produit aucuns déchets toxiques. De plus, elle n’altère pas la qualité de l’eau. Cependant, les grandes installations hydrauliques modifient les écosystèmes en amont et en aval. Des études sérieuse sont à faire pour déterminer l’impact de chacune des installations sur le milieu naturel.
D’un point de vue technique, l’énergie hydraulique a une grande souplesse de fonctionnement car elle permet de produire beaucoup d’énergie en peu de temps. De plus, les installations hydroélectriques sont très sures : elles font l’objet d’une attention toute particulière quant à leur bon fonctionnement. Cependant, ces installations demandent des investissements très lourds. Les gouvernements font donc appel à des capitaux privés qui se détournent de plus en plus de ce genre d’investissement au profit de l’énergie fossile.
D’un point de vue économique et social, la production hydroélectrique permet l’aménagement et la vitalité de territoires grâce au maintien ou au développement d’activités économiques : agriculture, nautisme, tourisme vert,… D’un autre coté, l’installation de complexes hydroélectriques posent le problème du déplacement des populations, notamment dans les pays émergents. Ainsi, en Chine, 2 millions de personnes ont du être déplacées pour permettre la construction du barrage des Trois-Gorges.

Sources :
La cité des sciences (planet mag)
http://www.ac-reunion.fr/pedagogie/lybouvep/TPE/PremiereS/elev/laravine/laravin2.html
EDF : Energie Hydraulique par P. Bacher ancien Directeur Technique de l'Equipement EDF et B. Tardieu Directeur Général Coyne et Bellier

Ces agences sont sous tutelle de l’état et ont été crées par la Loi sur l’eau de 1964. Il en existe 6 en France. Elles se partagent des zones géographiques délimitées en fonction des bassins hydrographiques métropolitains.

  Les agences de l’eau ont pour but d’ « assurer une meilleure répartition des eaux, pour organiser la satisfaction de l’ensemble des usages et de lutter contre les pollutions pour restaurer la qualité des milieux aquatiques. » Elles sont soumises à la loi française d’Avril 2004 qui transpose en droit français la Directive Cadre sur l’eau d’Octobre 2000 qui définit 4 objectifs à atteindre d’ici 2015 :

• Lutter contre les pollutions par les toxiques notamment en fixant la réduction, voire la suppression des rejets de substances dangereuses.
• Respecter les normes et objectifs dans les zones protégées
• Prévenir l’altération de l’état des masses d’eau
• Améliorer l’état des masses d’eau

Des Schémas Directeurs d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) sont mis en place pour définir les échéances.Pour assurer cette mission, un «droit» leur a été donné : établir et percevoir sur les personnes publiques ou privées des redevances, et, en contrepartie, une «obligation» leur est fixée : attribuer des subventions et des prêts aux personnes publiques ou privées pour l’exécution de travaux d’intérêt commun au bassin.

 Les agences de l’eau perçoivent deux types de redevances :

     1. Les redevances sur pollution :

•  payée par volume d’eau consommée pour les pollutions d’origine domestiques (particuliers)

•  payée en fonction du niveau de pollution pour les pollutions d’origine non domestiques (agriculture/industries)

      Aujourd’hui, on remarque un décalage entre ceux qui polluent et ceux qui payent les redevances : les agriculteurs contribuent à 90% dans la pollution par les pesticides alors qu’ils ne payent que 1% de redevance pollution. A l’inverse, les ménages payent 89% de la redevance pollution alors qu’ils ne contribuent qu’à hauteur de 10% dans la pollution des pesticides.

2. Les redevances sur les prélèvements : elle sont calculées en fonction du captage (volume d’eau prélevé dans les eaux superficielles ou souterraines) et en fonction de la consommation (volume d’eau consommé calculé en faisant la différence entre l’eau prélevée et l’eau restituée à l’environnement). Ces redevances sont majoritairement payés par les collectivités.

Ces redevances sont redistribuées sous forme de subventions à l’investissement en fonction des objectifs de l’agence :

•  conduite et développement des politiques (études générales, connaissance environnementale, urbanisme environnementale…)

•  lutte contre la pollution (stations d’épuration, collecte des eaux usées, lutte contre les pollutions agricoles, assainissement non collectif…)

•  ressource en eau, eau potable, milieux aquatiques (gestion des milieux aquatiques, gestion de l’eau potable…)

Les subventions permettent aux collectivités de faire face aux investissements (sauf dans le système des concessions car c’est l’entreprise qui fait face aux investissements voir article (1) sur la gestion de l’eau en France)

Les collectivités sont propriétaires des infrastructures de distribution d’eau. Elles peuvent choisir deux types de structures pour les gérer :

• les régies (entreprises publiques locales) :les régies sont plutôt utilisées dans des petites communes même si certaines grandes villes en sont pourvues (Strasbourg, Mont de Marsan…).
• des sociétés privées ( 80% des eaux distribuées le sont par Veolia eau (Veolia environnement), la Lyonnaise des eaux (Suez) et la Saur (Bouygues).

Ces organisations sont chargées de gérer tout le cycle de distribution de l’eau, du prélèvement dans la nature à la dépollution des eaux usées en passant par production d’eau potable, la collecte et le transport. 

Voici les différents choix possibles pour les communautés :

En régie, c’est donc la commune ou le syndicat inter communal auquel la ville est attachée qui s’occupe de tout.
En affermage, les entreprises privées reversent une part des recettes à la commune pour contribuer à l’amortissement des investissements que la commune a réalisés.
En concession, tout est laissé à la charge de l’entreprise qui doit rendre les installations en bon état à la fin de son contrat
Bien sur, il existe aussi des organisations de gestion mixte qui correspondent à des situations intermédiaires.

 
Légende :

1. Collecte des eaux
2. Collecte des eaux
3. Collecte des eaux
4. Relevage
5. Dégrillage
6. Dessablage et déshuilage
7. Décantation primaire
8. Traitement biologique en bassin d’aération
9. Clarification
10. Traitement des boues
11. Retour au milieu naturel

A) La collecte des eaux usées
    Le réseau d’assainissement des eaux usées d’une ville a pour fonction de collecter les eaux usées pour les conduire à une station d’épuration. L es eaux usées de nos maisons et des entreprises sont évacuées dans l’égout par un réseau de canalisations complexe.
Souvent, pour les maisons et les villages isolés, le système est individuel (une fosse septique par habitation), ou l’assainissement est autonome et regroupé (système de lagunage).

Sauf cette exception, les réseaux de collecte ou »égouts » ont pour fonction de recueillir les eaux usées de toutes origines et de les acheminer vers les stations d’épuration. Le premier type de réseaux est le réseau unitaire qui reçoit à la fois les eaux usées et les eaux pluviales. C’est le plus répandu. Le deuxième type de réseau est le réseau séparatif qui collecte séparément les eaux usées et les eaux pluviales.

B) Le relevage
    Le transport des eaux usées dans les collecteurs se fait généralement par gravité, sous l'effet de leur poids. Seulement cela n’est plus possible une fois que les eaux usées atteignent la station dépuration et que celle-ci se trouve à un niveau plus élevé. Le relevage consiste alors à faire monter l’eau dans les canalisations soit par un système de pompes soit grâce à des vis d’Archimède.

C) Le dégrillage
    Le dégrillage consiste en un prétraitement permettant d’éliminer les plus gros éléments contenus dans les eaux usées. Pendant cette opération, les eaux usées passent à travers une drille dont les barreaux retiennent les déchets volumineux. Ces derniers sont ensuite rejetés parmi les ordures ménagères. Par ailleurs, un deuxième procédé peut compléter le dégrillage : celui du tamisage, qui utilise des grilles dont l'espacement est plus réduit et qui de ce fait génère beaucoup plus de déchets.

D) Le dessablage et le déshuilage
    L’eau est ensuite décantée dans des canaux où elle s'écoule à une vitesse contrôlée. Lors du dessablage des eaux usées, l’eau circule dans un bassin à vitesse réduite, les graviers et le sable se déposent alors au fond de l’installation, il suffit ensuite de les récupérer grâce à un système d’aspiration. Les sables récupérés peuvent être réutilisés selon la qualité de leur lavage. Cette opération est complétée par une aération de l’eau afin de l’oxygéner, cela permet en plus de procéder au déshuilage des eaux usées et donc de se débarrasser des huiles et hydrocarbures flottants à la surface.

E) La décantation primaire
    La décantation primaire consiste en une séparation des éléments liquides et des éléments solides sous l'effet de la pesanteur. Les matières solides se déposent au fond d'un ouvrage appelé "décanteur" pour former les "boues primaires". Après cette première phase, l’eau contient encore des corps colloïdaux qui n’ont pas encore été éliminés. Elle subit alors un traitement chimique avec des coagulants et des floculant provoquant la formation d’agglomérats qui sont ensuite éliminés. En complément des lits de percolation (couches de matériaux granuleux) absorbent des sels minéraux comme ceux du fer.

F) Traitement biologique en bassin d’aération
    L’épuration biologique met à profit l’action de micro-organisme qui éliminent des produits toxiques comme le soufre ou l’arsenic. Le lagunage fait agir l’auto- épuration, naturellement à l’œuvre dans les lacs : dans des bassins peu profonds, à l’air libre, l’eau est épurée par l’action des micro-organismes.

Le procéde des boues activées consiste à faire séjourner l’eau dans des cuves ensemencées de bactéries. Il en résulte la formation de « boues », composées d’agglomérats de matières organiques, minérales et micro-organisme.

G) La clarification
    Enfin, l’eau subit un dernier traitement consistant à séparer l’eau propre et les résidus issus de la dégradation des matières organiques.

I) Retour au milieu naturel
    L’eau épurée est rejetée dans les rivières.

 Sources :
www.setdn.fr
www.cc-dufumelois.com
geomaticsystemes.com
www.cieau.com

 La totalité de l’eau contenue sur   terre forme ce que l’on appelle l’hydrosphère. Le volume total de cette eau   est d’environ un milliard et demi de km3. Cela peut paraître énorme.   Pourtant, si on représentait la Terre par une orange, la totalité de l’eau ne serait pas plus grosse qu’une goutte d’eau. C’est cette goutte d’eau qui rend  la vie possible sur terre.

 Le   cycle de l’eau se déroule à la fois sur Terre et dans l’atmosphère. Tout  commence en pleine mer : les rayons chauds du soleil provoquent une évaporation à la surface, cette  vapeur chaude refroidit en montant, reforme des gouttelettes, c’est la condensation. Ces gouttelettes  forment les nuages qui se déplacent avec le vent, puis se transforment en   gouttes, et il pleut (précipitations).Puis   l’eau circule sur la terre par le ruissellement   (les rivières, les fleuves, etc) ou l’infiltration   (à travers les fissures du sol) .

 C’est le mouvement perpétuel de l’eau. Le soleil agit comme un gigantesque évaporateur : plus de 1000 km3 de vapeur d’eau se forment ainsi chaque jour,   dispersés tout autour de la Terre. Dans celle qui retombe par les précipitations, 61 % de cette eau   s’évaporent de nouveau. 16 % ruissellent et rejoignent les cours d’eau, les   mers et les océans. 23 % pénètrent dans la terre et alimentent les nappes et   les rivières souterraines. 

La quantité d’eau totale sur Terre est restée inchangée depuis plus de   3,5 milliards d’années qu’elle est apparue sur terre. L’eau ne   se perd pas, elle ne se crée pas non plus, elle se transforme, passant au  cours de son cycle de l’état gazeux (vapeur   d’eau dans l’atmosphère) à l’état   liquide (pluies, océans) ou à l’état   solide (neiges, glaces polaires). Il y a toujours autant d’eau qui   s’évapore que d’eau qui tombe en précipitations, mais pas au même endroit, ni   au même moment. Le moteur de ce cycle est l’énergie solaire. En effet, c’est   elle qui entraîne les changements d’état de l’eau : la formation et la fonte   des glaces, ou encore l’évaporation de l’eau et son élévation dans   l’atmosphère.

   Tous les reliefs, toutes les parties de la Terre participent à cette   évaporation de l’eau. Ainsi, les forêts sont de véritables humidificateurs.   Un hectare libère chaque jour entre 20 et 50 tonnes d’eau. Un chêne, à lui   tout seul, peut libérer quotidiennement 500 litres d’eau. La Terre est comme l’homme : elle transpire.

Le bleu des océans, le blanc des pôles, le vert des forets : la simple observation d’une carte du monde suffit à mettre en évidence l’omniprésence de l’eau sur notre planète.

    Du cycle de l’eau appris en cinquième à la douche quotidienne, l’eau c’est d’abord un élément qui nous est familier.  Quoi que l’on fasse ou que l’on aille elle est la comme élément de base de nos existences nous en faisons un usage permanent : usage agricole, usage industriel, usage domestique.

Cela dit, aborder le thème de l’eau c’est toucher du doigt une problématique mondiale aux multiples facettes. C’est en effet poser la question de sa gestion (municipalisation – concession – privatisation), de sa législation (bien commun ou bien privé),  de sa qualité (retraitement des eaux usées – pollution – contamination).

C’est aussi mettre en exergue les interrogations sur l’avenir de la ressource et ses grands enjeux  de demain. Comment approvisionner des mégalopoles toujours plus grandes ?  Comment faire face à la raréfaction  de la ressource en certains endroits ? Qu’en sera-t-il de la géopolitique de l’eau demain : assisterons-nous à ces guerres de l’eau si souvent annoncées dans les médias ?

En octobre dernier un nouveau produit financier (un tracker sur l’indice World Water WOWAX) à but spéculatif basé sur les performances des entreprises de l’eau au niveau mondial voit le jour. L’ « or bleu » semble ainsi ne jamais avoir si bien porté son nom.

L'eau, un sujet passionnant et d’actualité s’il en est.

Bienvenue.