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Énergie hydraulique
L'énergie hydraulique est l'énergie produite par la force de l'eau. Le plus souvent elle exploite un cours d'eau, grâce à son débit (la quantité d'eau qui s'écoule) et une différence de hauteur entre l'endroit où on prend l'eau et celui où on la relâche. C'est une énergie renouvelable.
L'énergie hydraulique a été utilisée par des moulins à eau depuis l'époque romaine ou même avant. En effet, moudre du grain demande beaucoup d'énergie et de façon assez régulière, c'était donc une utilisation intéressante de l'énergie hydraulique pour fabriquer des quantités de farine beaucoup plus importantes (à partir de céréales) qu'avec un moulin ou un pilon actionné à la main.
Maquette d'une importante série de moulins romains dans le sud de la France : l'aqueduc et les moulins de Barbegal (wp)
Moulin à aubes en Virginie-Occidentale, aux États-Unis
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Il y a eu ensuite d'autres utilisations de l'énergie hydraulique sur le site où elle était produite : notamment pour des papeteries. Dans ces cas-là, l'usine était installée à côté du cours d'eau. L'énergie de l'eau était captée par une roue ou une turbine, puis transmise par des courroies et des arbres (au sens mécanique, c'est-à-dire des barres métalliques formant des axes qui tournent).
Au XIXe siècle, on a découvert puis appris à produire de l'électricité avec un mouvement mécanique. L'énergie hydraulique a alors été une des énergies les plus faciles à transformer en électricité en quantités assez importantes.
Énergie hydroélectrique
L'énergie hydraulique est exploitée de façon beaucoup plus importante et efficace depuis qu'on l'utilise pour produire de l'électricité, c'est l'énergie hydroélectrique ou encore hydroélectricité. L'eau d'un cours d'eau fait tourner une turbine reliée à un générateur produisant de l'électricité. L'installation qui l'exploite est une centrale hydroélectrique.
Aux débuts de son développement, l'énergie hydroélectrique a été surnommée la houille blanche. L'expression a été inventée par Aristide Bergès en 1878. À l'époque la houille blanche s'opposait à la « houille noire », c'est-à-dire au charbon qui alimentait les machines à vapeur qui étaient alors largement utilisées pour fournir de l'énergie mécanique aux usines.
Au début du XXe siècle, l'énergie électrique était pourtant utilisée encore assez près du lieu où elle était produite (souvent dans la même ville).
Avec les progrès dans le transport de l'électricité, et dans les techniques de production, il est devenu possible et intéressant de construire des aménagements très puissants, en général avec un barrage. En France, les plus grands aménagements comme le barrage de Serre-Ponçon ont été construits au XXe siècle, jusqu'aux années 1970 environ. Dans d'autres pays, il arrive qu'on construise toujours de très grands barrages.
Comme la consommation d'électricité a beaucoup augmenté au cours du XXe siècle dans la plupart des pays, l'énergie hydraulique ne représente qu'une part minoritaire de la production électrique. Elle est tout de même importante et a l'avantage dans le cas des barrages hydroélectriques de pouvoir augmenter très rapidement sa puissance quand la consommation augmente au cours d'une journée. C'est l'une des énergies renouvelables les plus disponibles sur la planète.
Le premier pays producteur mondial d’hydroélectricité est la Chine, puis le Canada et le Brésil. La France produit 10 % de son électricité avec des centrales hydroélectrique.
Une conduite forcée qui relie un barrage à une usine hydroélectrique en Espagne
La puissance de l'eau vient :
- de la dénivellation entre les niveaux supérieur et inférieur d'un cours d'eau (différence d'altitude le plus souvent obtenue par la construction d'un barrage derrière lequel on accumule d'eau de ruissellement, (cas du schéma illustrant l'article),
- du débit qui circule dans l'installation.
La puissance qui peut être produite est le produit (la multiplication) de la différence de hauteur (la dénivellation) par le débit, moins les pertes. Par exemple une chute de 5 mètres et un débit de 3 m3/s (mètre cube par seconde), sachant qu'un mètre cube fait 1000 kilogrammes et qu'un kilogramme pèse 9,81 newtons, fait : 3 x 1000 x 9.81 x 5 = 147 000 watt, ce qui fait 147 kW. Il faut enlever environ 10 à 15 % de pertes.
Selon les cas, il y a une prise d'eau qui capte l'eau en haute altitude puis une conduite forcée (un gros tuyau dans lequel la pression de l'au devient de plus en plus forte en descendant) jusqu'à la turbine, ou bien la turbine peut être au pied d'un barrage construit sur un cours d'eau qui a un débit important et régulier, ce sont les centrales « au fil de l'eau ».
Il existe un autre type de centrale, qui fonctionne grâce aux variations du niveau de la mer (les marées) dans les embouchures de fleuves (par exemple l'usine marémotrice de la Rance. C'est l'énergie marémotrice.
Voir aussi
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