Exposé Energie Hydraulique

Exposé sur l'énergie

L'énergie Hydraulique

Camille Rousseau 6ème Hugo

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Ma choupinette, Très beau travail <3 ... Les boutons "Home" reviennent tous sur cette page et j'ai mis les ressources avant les avantages et inconvénients.

Sommaire

Sommaire

INTRODUCTION

FICHE SUR L'ENERGIE

SOURCE D'ENERGIE

USAGE DANS LE MONDE

AVANTAGES ET INCONVENIENTS

CHAÎNE D'ENERGIE

SOURCES

Les premiers usages de l'eau par l'homme sont l'eau potable et l'irrigation. Très rapidement l'homme a utilisé la force de l'eau pour d'autres moyens

Introduction

L'énergie hydraulique

Dès l'Antiquité, les moulins à eau sont construits pour pomper l'eau, actionner des marteaux-pilons ou moudre le grain

Aristide B ergès

L'énergie hydraulique est aussi très utilisée pour les transports fluviaux

Au XIIe siècle, les moulins à marée utilisent l’énergie des marées.

En France, l'hydroélectricité est exploitée depuis la fin du 19ème siècle, ce qui en fait la plus ancienne des énergies produite grâce à une ressource nationale

1869, Aristide Bergès invente l'énergie hydraulique.

1878, première centrale hydraulique.

1879, Lester Allan Pelton invente une turbine hydraulique à augets

1912, Viktor Kaplan invente un nouveau type de turbine hydraulique

Les années 1920, rapide expansion de l'électricité hydraulique.

Les années 1930, essor technique de l'électricité hydraulique.

Fiche sur l'énergie

L'énergie hydraulique est une énergie exploitant le mouvement de l'eau sous toutes ses formes : chutes d'eau, cours d'eau, courants marins, marée, vagues.

C'est une énergie de mouvement (mécanique)

C'est une énergie potentielle de pesanteur

C'est le résultat d'une double action : celle de la force de la gravité de la Lune et celle du Soleil. Plus précisément, l'origine de l’énergie hydroélectrique est liée au cycle de l'eau.

C'est la source d'énergie naturelle et renouvelable la plus importante.

Source d'énergie

L'énergie hydraulique utilise la force de l'eau. L'eau est le liquide le plus important sur Terre, elle couvre presque 75% de la surface de la planète sous forme d'océans, de fleuves et de lacs.

75%

L'énergie cinétique de l'eau au pied de la chute augmente avec la hauteur de chute et le débit de l'eau

barrage de haute chute

barrage de moyenne chute

courants marinset marées

fil de l'eau

Usage - Dans le monde

L’énergie hydraulique est l’énergie renouvelable la plus exploitée dans le monde.

Environ 16% de la production électrique mondiale (derrière le charbon 40% et le gaz 19%) et 83% de l'électricité renouvelable. Les volumes d’électricité hydraulique produits dans le monde jusqu’à présent représentent 3400 TWh.

La France fait partie des pays qui exploitent le plus l’hydroélectricité dans le monde avec près de 2300 centrales hydrauliques.

La production

Usage - Production

L’énergie hydraulique est produite par plusieurs types d'installation hydroélectrique

Les installations sur les cours d'eau

STEP

centrale de lac

Par éclusées

Au fil de l'eau

Production

40%

26%

18%

16%

89%

Installation

6%

4%

<1%

Si l’énergie mécanique des cours d’eau est aujourd’hui bien connue et exploitée, le potentiel cinétique de la mer reste encore peu valorisé.

La capacité de production d’électricité des énergies marines est estimée entre 20 000 et 90 000 TWH par an par l’Agence Internationale de l’Énergie. En phase d’expérimentation, colonnes d’eau oscillantes, systèmes à déferlement, systèmes à flotteurs ou encore oscillateurs sous-marins...

Les installations maritimes

houle/vagues

hydrolienne

Usine marémotrice

plus important parc hydrolien d’Europe

2e

Avantages & Inconvénients

inconvénients

avantages

Environnement

L'énergie hydraulique est la source renouvelable qui produit le plus d'électricité en France!Le premier avantage réside dans sa capacité de fonctionnement en continue des barrages contrairement aux énergies éoliennes/solaires dites intermittentes. Le deuxième avantage est qu'il est possible de stocker l'énergie produit grâce à l'hydraulique.

L'énergie hydraulique est une énergie renouvelable. Sa production n'entraîne pas d'émission de CO2 et ne génère pas de déchets toxiques

La construction d'un barrage peut bouleverser voir détruire certains écosystèmes,

Coût

L'énergie hydraulique est la moins chère de toutes les énergies permettant de produire de l'électricité

L'installation de centrales hydroélectriques est très coûteuses et doit répondre à beaucoup de contraintes

Stockage

L'énergie hydraulique des centrales de lac présente l'avantage d'être modulable et rapidement mobilisable en cas de pic de consommation

L'installation des centrales de lac peuvent entrainer le déplacement de populations et la disparition de surfaces agricoles

Notons enfin que d'autres moyens d'exploitation de l'énergie hydraulique sont envisageables. Certes, moins massids, mais plus respectueux de l'environnement et encore peu développés : - Le petit hydraulique, des unités de 100 à 10 000 kWh, qui utilisent les courants naturels des rivières grâce à de simples roues pour produire de l'énergie ; - Les énergies marines, imaginées sous diverses formes, exploitant l'énergie des marées ou des vagues (houlomotrice). La France a une longueur d'avance dans le secteur hydroélectrique. A nous de nous donner les moyens pour rester compétitifs et innovants!

Bien que l'hydroélectricité arrive à maturité en France, elle n'en demeure pas moins une énergie renouvelable stratégique. Ceci pour deux raisons : - Les constructions hydrauliques demeurent le principal outil de stockage de l'électricité à grande échelle à ce jour. De ce fait, elles jouent un rôle majeur dans la transition énergétique de notre mix électrique ; - Elles sont aussi un moyen de réponse flexible et rapidement actionnable en cas de pic de consommation électrique

Chaine d'énergie

De l'énergie hydraulique à l'énergie électrique

L'énergie cinétique du courant d'eau est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur.

énergiehydraulique

énergiecinétique

énergiemécanique

énergieélectrique

Conduite forcée

Turbine

Alternateur

retenue d'eau

alimenter

énergiethermique

énergiethermique

+ info

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Sources documentaires

Universalis. [en ligne]. In Encyclopædia Universalis [s.d.]

• ÉNERGIE HYDRAULIQUE
• Origine de l’énergie hydraulique

• Qu'est-ce que l'énergie hydraulique

• L'énergie hydraulique

• Energie hydraulique : Historiques et ressources

• Energie hydraulique : Caractéristiques fondamentales

• Energie hydraulique : Eléments constitutifs d'un aménagement hydraulique

Merci de votre attention

Coût

Il s’agit d’une énergie particulièrement économique sur le long terme, puisque l’eau est une ressource présente en grande quantité sur la planète, gratuitement.En outre, l’eau se régénère relativement vite, dans les régions où la sécheresse ne s’avère pas trop présente.

La turbine Pelton

La turbine Pelton est utilisée dans les centrales hydroélectriques. Dans la turbine de type Pelton, la roue est équipée à sa périphérie d'augets (petits godets) dans lequels l'eau est injectée. Les injecteurs sont alimentés en eau sous pression.

Environnement

Mesure du CO2 émis sur l'ensemble du cycle de vie d'un barrage hydraulique :L'hydraulique est source d'émission de CO2 sur l'ensemble de son cycle, mais il n'émet pas de CO2 lorsqu'il produit de l'électricité. Notons pas ailleurs que sur l'ensemble de son cycle de vie, une centrale hydraulique émet des quantités de CO2 de très faibles en comparaison des énergies fossiles.

Cycle de vie d'une installation : fabrication, installation, maintenance, démantèlement, recyclage, etc.-

L'énergie des vagues (houlomotrice)

L’énergie houlomotrice est une énergie renouvelable prometteuse.

Les technologies émergentes exploitent les mouvements cinétiques des vagues et de la houle pour générer de l’énergie mécanique. L'énergie mécanique est transformée en électricité par un convertisseur d’énergie des vagues (WEC).

Les différents types d'énergie de l'eau

On peut associer à l'eau une énergie cinétique, une énergie de position et une énergie mécanique. L'énergie mécanique : Au cours de sa chute, l'eau n'est soumise qu'à son poids donc son énergie mécanique reste constante au cours de la chute. L'énergie de position : L'énergie de position de l'eau diminue au cours de la chute. L'énergie cinétique : En fin de chute, l'énergie cinétique est maximale. Elle est d'autant plus élevée que l'énergie de position était grande avant la chute.

Puisque l'énergie de position d'un corps dépend de sa masse et de sa hauteur, l'énergie cinétique de l'eau au pied de la chute augmente avec la hauteur de chute et le débit de l'eau.

L'énergie hydrolienne

Implantées au large des côtes, les hydroliennes exploitent l’énergie cinétique des courants marins pour produire de l’électricité. Les turbines tournent au gré des marées, entraînant l’alternateur qui convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.

Liée aux marées et à la vitesse des courants, l’énergie hydrolienne est une énergie renouvelable intermittente, mais fiable et prédictible.

1 La force des courants marins actionne les pales d'une ou plusieurs hélices. 2 L'énergie mécanique produite par la rotation des pales est transmise à un alternateur. 3 L'alternateur produit de l'énergie électrique, acheminée par des câbles sous-marins jusqu’au rivage.

Si la technologie est mature, elle est encore en phase d’expérimentation en France, avec plusieurs fermes pilotes en cours de développement.

Première centrale hydraulique

Créée par William George Armstrong, cette machine de 7 kW servait à alimenter le domaine de Cragside en Angleterre. D'autres centrales voient le jour par la suite pour éclairer les parcs, les petites villes et les châteaux.

L'énergie hydraulique dépend du cycle de l'eau

Sous l'action du soleil, l'eau des océans et de la terre s'évapore. Elle se condense en nuages qui se déplacent avec le vent. La baisse des températures au-dessus des continents provoque des précipitations qui alimentent l'eau des lacs, des rivières et des océans.

La force d'attraction de la Lune et celle du Soleil produisent enfin des marées dont la force est exploitée : c'est l'origine de l'énergie hydraulique!

Invention de l'énergie hydraulique

En 1867, Aristide Bergès installe une râperie de bois à Lancey en Isère où il utilise l'énergie hydraulique pour faire fonctionner ses défibreurs. Il établit à cet effet une conduite forcée de 200 m de dénivelé, dont l'eau captée fait tourner une turbine, entraînant les défibreurs.

Défibreur : appareil râpant le bois afin d'en faire de la pâte à papier

Le transport fluvial

Transport fluvial : L'énergie hydraulique était très utilisée, notamment à l'époque romaine, pour le transport de bois et de métaux lourds sur des barges, larges barques à fond plat. Comme sur le Rhone par exemple, alors axe de commerce très important dans l'empire romain.

C'est emploi a été confirmé par de nombreuses découvertes archéologiques, comme la fouille d'une barge coulée près de Arles en 2011

Stockage

L'un des gros avantages de l'énergie hydraulique, c'est quelle peut être stockée, permettant de réguler la production lors des pics de consommation d'électricité survenant en hiver et éviter ainsi les coupures de courant.Les barrages créent des retenues d'eau, réservoirs de stockage.

Une autre technologie utilisée pour le stockage s'appelle "STEP" (Station de Transfert d'Energie de Pompage). Les STEP ne sont pas des centrales de production, ce sont des points de stockage de l'énergie.

L'eau est d'abord pompée pour être stockée dans un réservoir en amont de la turbine.

En cas de besoin, l'eau est libérée et effectue le chemin inverse. Cette technologie s'avère très pratique en cas de pics de consommation.

Chiffres clef en France

L’hydroélectricité est la première source d’électricité renouvelable en France et la deuxième source d’électricité française après le nucléaire, elle couvre environ 10 % de l’électricité consommée.

Les trois plus grandes régions hydroélectriques sont : - la région Auvergne-Rhône-Alpes o 46 % de la puissance installée en France (11 452 MW) o une production de 25 900 GWh o 39,3% de couverture de la consommation - la région Occitanie o 21 % de la puissance installée en France (5 238MW) o une production de 9 237 GWh o 24.3% de couverture de la consommation - la région Provence-Alpes Côte d’Azur o >12% de la puissance installée en France (3 273 MW) o une production de 8 890 GWh o 21,6% de couverture de la consommation Données de 2021

L'énergie des marées

Dans une usine marémotrice, la force du flux et du reflux de la marée est utilisée pour produire de l'électricité en temps réel.

Le fonctionnement d’une usine marémotrice est un peu identique à celui d'une centrale hydroélectrique de basse chute : 1 En montant et en descendant, la marée fait tourner des turbines. 2 Les turbines font à leur tour fonctionner unalternateur qui produit un courant électrique alternatif. 3 Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension.

En France, l'usine marémotrice de la Rance occupe l'estuaire de la Rance sur 700 m de large. Elle produit chaque année 4 % de l'électricité consommée en Bretagne, soit l'équivalent de la consommation d'une ville comme Rennes.

Le moulin à marée

Un moulin à marée utilise la force des marées comme énergie motrice. Cette technique est employées depuis le Moyen Âge pour actionner des moulins à grain.

Digue du moulin à marée de l'île d'Arz

Lorsque la mer monte, elle remplit un bassin de réserve dans lequel cette eau est retenue pendant la marée descendante. À marée basse, les vannes de libération de l'eau sont ouvertes et l'eau retenue se déverse du bassin de réserve vers la mer, actionnant une roue provoquant sa rotation.

Roue du moulin à marée

Le principe du moulin à marée a été repris et modernisé pour la production d'électricité lors de la construction de l'usine marémotrice de la Rance.

L'énergie hydraulique

L’énergie hydraulique est une énergie 100% renouvelable, car l’eau s’avère présente en très grande quantité sur la planète. En outre, l’eau dispose d’une régénération rapide et illimitée.

100%

Environnement

La création d'un barrage modifie l'hydrologie naturelle des rivières ce qui affecte l'écosystème des forêts, des espèces végétales et animales. Les variations du flux d'eau peuvent être perturbantes pour la faune et la flore environnante.Le barrage représente également un obstacle pour la navigation, la migration d'espèces aquatiques et le transfert des sédiments.

Certaines espèces, affectées par un déficit en eau ou au contraire un excès, peuvent enregistrer un stress de croissance, voire une mortalité. C'est le cas de certaines chênaies installées sur les bords du Rhin dans la plaine d'Alsace

Aujourd'hui, des systèmes doivent être prévus pour assurer la filtration des déchets flottants et des "passes" doivent être aménagées pour permettre la migration des poissons et la circulation des canoës.

Stockage

Le haut barrage d’Assouan mesure 3 600 mètres de long et 111 mètres de haut.Sa construction a donné naissance au lac Nasser, long de 500 km et large de 16 km, occupant un total de 6 000 km2 d'eau. Cela en fait le plus grand lac artificiel au monde. La zone inondée a nécessité le déplacement de plus de 90 000 personnes et celui de 24 monuments, comme les temples d'Abou Simbel et de Philae.

Une grande partie de l'eau et du limon est désormais bloquée dans les réservoirs et les canaux. Privées de cet apport, les terres sont devenues moins fertiles, d'où une utilisation d'engrais provoquant une pollution des eaux. Mais la menace la plus importante est celle de l’eau salée. Le limon ne la retenant plus, son passage est très dangereux et menace de rendre les terres du delta stériles.

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Le moulin à eau

Les roues à aubes, palettes et augets sont connues depuis les Grecs et les Romains. Elles servent à transformer l'énergie de l'eau en énergie mécanique utilisables sous diverses formes : farine, huile, concassage de pierres et minerai, soufflage d'air pour fondre les métaux (soufflets), pompage d'eau...

Les mécanismes permettent de transférer l'énergie mécanique de l'arbre de la roue vers les différents points d'utilisation

Coût

Les centrales hydroélectrique peuvent être coûteuses à développer ou à construire à cause :- des ouvrages à mettre oeuvre (barrages, réservoirs, ...) - de la nécessite une grande superficie de terrainA ces coûts viennent s'ajouter des coûts cachés environnementaux et sociaux : - Avant la construction : déplacement des populations, monuments... - Après la construction : activités piscicoles réduites, terres agricoles inondées...

L'installation du Barrage de Tucurui dans l'Amazonie brésilienne, les pêches de poissons ont diminué de 60% tandis que 100 000 résidents en aval ont subi des pertes dans leur pêche, des inondations de terres agricoles ou des pertes d'autres ressources.

Forme d'énergie hydraulique

L'énergie hydraulique est

• une énergie cinétique liée au déplacement de l'eau comme dans les courants marins, les cours d'eau, les marées, les vagues
• l'utilisation d'une énergie potentielle de pesanteur dans le cas des chutes d'eau et des barrages.

La turbine Kaplan

La turbine Kaplan est une évolution technique de la turbine Francis. Son invention a permis la production d'énergie efficace lorsque la turbine Francis ne pouvait pas être utilisée. La turbine Kaplan se différencie des autres turbines à hélices, par ses pales orientables, dont on peut faire varier le pas pendant le fonctionnement.

Le contrôle de l'eau

Les hommes construisent des barrages depuis très longtemps :

• Les premiers Egyptiens en bâtirent il y a presque 5000 ans.
• Les Chinois édifiaient des structures en pierre pour bloquer les rivières dès 240 av. J-C.

En Espagne, 2 barrages créés par les Romains sont toujours utilisés aujourd'hui.

Le pont du Gard, a été construit entre les années 40 et 60 pour amener l'eau de source d'Uzès jusqu'à Nîmes. Le pont n'est qu'une partie de cet aqueduc de 50km, 90% de l'ouvrage étant souterrain.