Énergie hydraulique

La définition de l'énergie hydraulique

L'hydroélectricité, parfois appelée énergie hydraulique, est l'une des plus anciennes sources d'énergie renouvelable. Elle utilise l'écoulement naturel de l'eau pour produire de l'énergie.

Ce liquide inhabituel a un excellent potentiel en tant que ressource énergétique. Voyons pourquoi ?

• Abondance

71 % de la surface de la Terre est recouverte d'eau. On en trouve également sous terre, dans l'atmosphère, dans les rivières et les lacs, dans les glaciers et même dans ton corps !

• La densité

L'eau est 800 fois plus dense que l'air. Par conséquent, elle a une densité énergétique élevée.

• Mouvement

L'eau est constamment en mouvement. Pense aux précipitations, aux rivières qui coulent et aux marées. Le mouvement constant entraîne une grande quantité d'énergie cinétique, qui peut être exploitée et utilisée pour produire de l'électricité.

Fig. 1 - Les océans sont constamment en mouvement : marées, vagues, précipitations et évaporation, unsplash.com.

Exemples d'énergie hydraulique

Il existe trois méthodes principales pour produire de l'électricité en utilisant l'énergie de l'eau en mouvement : l'énergie hydroélectrique, l'énergie marémotrice et l'énergie des vagues.

Énergie hydroélectrique

Lorsqu'un objet est soulevé, il acquiert de l'énergie potentielle gravitationnelle. L'eau dans les régions montagneuses possède de l'énergie potentielle gravitationnelle, qu'elle convertit en énergie cinétique lorsqu'elle s'écoule vers le bas de la pente.

Lesbarrages hydroélectriques sont une méthode populaire de production d'électricité. En fait, 71 % de l'énergie renouvelable mondiale est produite à l'aide de technologies hydroélectriques.

L'énergie marémotrice

Les positions du soleil et de la lune contrôlent les marées terrestres. Les marées hautes se produisent lorsque la Terre est parallèle à la Lune, et les marées basses se produisent lorsque la Terre est parallèle au Soleil. Il faut environ 6 heures et 12 minutes pour que les marées passent de hautes à basses ou invers ement.

L'énergie des vagues

Les vents soufflent sur les océans et transfèrent leur énergie à l'eau. Les particules d'eau se déplacent alors de façon circulaire, créant ainsi des vagues. L'énergie d'une vague dépend de sa hauteur.

Centrales hydrauliques

Une centrale électrique, parfois appelée centrale électrique, est généralement reliée à un réseau électrique. L'énergie mécanique est convertie en électricité. Dans ce cas, l'énergie cinétique provient du mouvement de l'eau et constitue donc une source d'énergie renouvelable à faible émission de carbone.

Voyons plus en détail comment les énergies hydroélectrique, marémotrice et houlomotrice sont exploitées pour produire de l'électricité.

Centrales hydroélectriques

La plupart des centrales hydro électriques sont des installations de retenue. Ces centrales utilisent un barrage pour contrôler le débit de l'eau de la rivière en aval. Lorsque l'on a besoin d'énergie, l'eau est libérée du barrage. Sous l'effet de la gravité, l'eau s'écoule vers le bas et traverse les pales d'une turbine . Le mouvement des pales de la turbine entraîne un générateur électrique, convertissant l'énergie cinétique en électricité.

L'énergie hydroélectrique peut être exploitée pour répondre aux fluctuations de la demande d'énergie. L'eau stockéeau-dessus du barrage dans un réservoir supérieur contient une grande quantité d'énergie potentielle, qui peut être rapidement convertie en électricité en cas de besoin en libérant l'eau stockée. La centrale hydroélectrique fonctionne alors de la même manière, produisant de l'électricité pendant les périodes de pointe, comme le week-end ou le soir.

Fig. 2 - Le barrage de Srisailam, en Inde. L'eau de la rivière Krishna est piégée derrière le barrage et poussée à travers des turbines pour produire de l'électricité, unsplash.com.

Usines marémotrices

Lesusines mar émotrices exploitent l'énergie produite par la poussée des eaux océaniques. Il existe trois types d'usines marémotrices. Les trois types font passer l'eau par des turbines. Le mouvement des turbines alimente des générateurs qui convertissent leur énergie cinétique en énergie électrique.

• Le premier type d'usine électrique est un barrage marémoteur. Il s'agit Il s'agit de grandes structures ressemblant à des barrages, construites en travers des baies et des estuaires. Les vannes de barrage retiennent l'eau à marée haute, la forçant à passer par des turbines pour retourner à la mer.

• Les lagunes à marée sont unautre type de barrage. Il s'agit d'étendues d'eau partiellement entourées d'une barrière, qui peut être naturelle ou artificielle. Ils fonctionnent comme un barrage à marée, en retenant l'eau et en contrôlant sa libération par des turbines.

• Ledernier type d'usine marémotrice est une turbine dans le cours d'eau. Celles-ci sont placées directement dans un courant de marée (un courant rapide créé par les marées). Ces courants se produisent souvent dans les détroits ou les bras de mer, là où les masses terrestres font entrer l'eau dans un entonnoir.

Lesbarrages et lagunes marémotrices contrôlent le flux d'eau à travers les turbines. Cela permet à la centrale de répondre aux poussées de la demande d'énergie en libérant de l'eau.

Centrales à énergie houlomotrice

Il existe cinq grands types de technologies utilisées pour produire de l'énergie à partir des vagues.

1. Lesabsorbeurs sont des structures flottantes qui extraient l'énergie des mouvements à la surface. L'énergie cinétique est convertie en électricité à l'aide de générateurs linéaires ou rotatifs.
2. Lescolonnes d'eau oscillantes sont des structures partiellement immergées. Lorsque les vagues entrent et sortent, elles poussent l'air à travers des turbines situées au sommet de la structure. Le mouvement des turbines alimente un générateur qui convertit leur énergie cinétique en électricité.
3. Lesatténuateurs ont des "bras" articulés, qui extraient l'énergie de leurs mouvements relatifs. Ils sont reliés à des pompes hydrauliques qui convertissent l'énergie cinétique en électricité.
4. Lesdispositifs de débordement fonctionnent comme des barrages de marée, en retenant l'eau et en la libérant par le biais de turbines. Le mouvement des turbines alimente un générateur qui convertit leur énergie cinétique en électricité.
5. Lesconvertisseurs de vagues oscillantes sont dotés d'une palette articulée, qui extrait l'énergie de son mouvement relatif. Le mouvement de la palette entraîne des pompes hydrauliques qui alimentent des générateurs pour convertir l'énergie cinétique en électricité.

Avantages de l'énergie hydraulique

L'énergie hydraulique peut être produite de différentes manières, mais les trois technologies de l'énergie hydraulique présentent des avantages similaires.

Inconvénients de l'énergie hydraulique

Aucune forme de production d'énergie n'est parfaite. L'énergie hydraulique ne fait pas exception, voici les inconvénients de cette source d'énergie renouvelable.

^{1. Emilio F. Moran, L'hydroélectricité durable au 21e siècle, Actes de l'Académie nationale des sciences, 2018.}

^{2. Lynn Laymon, Le monde de l'eau, formation à la plongée, 1998.}

^{3. École des sciences de l'eau, Quelle est la quantité d'eau sur terre, USGS, 2019.}