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DOSSIER I Hydroélectricité

Hydroélectricité: une contribution surestimée à la transition énergétique?

 

Abandon des énergies fossiles, sortie du nucléaire: l’hydraulique est appelée à tenir une place centrale afin de garantir la sécurité de l’approvisionnement en électricité de la Suisse, en particulier en hiver. Pilier de la production de courant du pays, la filière doit toutefois relever des défis majeurs pour atteindre les objectifs fixés dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050.

 

ÉLODIE MAÎTRE-ARNAUD

Dans un rapport sur les «Perspectives énergétiques 2050+» publié fin 2020, l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) élabore plusieurs scénarios pour une Suisse décarbonée. L’hydraulique y joue un rôle majeur; dans le scénario de référence dit «zéro base», elle devrait ainsi contribuer à hauteur de 45TWh à la production annuelle d’électricité du pays d’ici à vingt ans, soit une augmentation de 10% par rapport à la production actuelle. Symbole quasi identitaire de la Suisse, l’hydraulique couvre déjà 60% de notre production électrique – et 42% de notre consommation actuelle. On compte aujourd’hui quelque 1500 installations, dont 674 d’une puissance supérieure à 300KW. Les deux tiers d’entre elles se trouvent dans les cantons du Valais, des Grisons, du Tessin et d’Uri. Grâce à leur forte puissance, les centrales hydroélectriques sont à même de produire rapidement une grande quantité d’énergie. Une flexibilité cruciale dans une Suisse qui doit remplacer la production constante de courant nucléaire (24TWh environ en 2020) par des sources renouvelables intermittentes – solaire photovoltaïque en tête, avec 34TWh par an. Les installations de production d’hydroélectricité présentent aussi l’avantage de permettre de stocker l’énergie excédentaire à grande échelle et de produire l’électricité en fonction de la demande. Pour autant, certains estiment qu’il sera difficile de faire jouer à l’hydro-électricité le rôle qu’on lui attribue pour atteindre les objectifs de la Stratégie énergétique 2050. En cause notamment, les défis de la hausse de la production et de la rentabilité des installations et les conflits d’objectifs avec la protection de la nature.

 

DIFFICILE… MAIS ON VA Y ARRIVER!

«La contribution escomptée de l’hydraulique est très ambitieuse et ne saurait être réalisée dans les conditions actuelles», relève d’emblée l’Association des entreprises électriques suisses (AES). «Il est important de veiller au maintien de la production en mettant en place des incitations à investir dans l’entretien et la rénovation des installations existantes; cela englobe également une nouvelle réglementation sur la redevance hydraulique (la contrepartie financière du droit exclusif d’utiliser la force hydraulique d’un cours d’eau public, ndlr).» L’AES souligne par ailleurs que l’on doit s’attendre à une perte de production hydroélectrique de l’ordre de 2TWh, principalement en raison de l’augmentation des débits résiduels lors des renouvellements de concession de barrages. La loi suisse sur la protection des eaux impose en effet le respect de débits minimaux à l’aval des installations afin de préserver les biotopes.

La petite hydraulique: un potentiel de développement en baisse

 

D’après les chiffres de l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), on compte aujourd’hui plus de 1000 petites centrales hydroélectriques (contre plus de 10’000 il y a un siècle), c’est-à-dire des installations d’une puissance mécanique brute allant jusqu’à 10MW. Soit une puissance installée actuelle d’environ 760MW pour une production annuelle de 3400GWh.

 

A l’instar des grandes installations, l’impact sur l’environnement des petites centrales est lui aussi discuté. «Nous les regardons d’un œil prudent, voire sceptique», relève Nicolas Wüthrich, responsable de l’information de Pro Natura. «L’impact sur la biodiversité est important si l’on multiplie la petite hydraulique sur n’importe quel tronçon de ruisseau.» En pratique, l’eau turbinée provient toutefois de sources multiples, pas uniquement des cours d’eau. Certaines installations sont ainsi utilisées pour réduire la pression excédentaire des conduites d’eau potable et d’eaux usées ou encore de canons à neige.

 

Dans une étude de 2019, l’OFEN estime le potentiel de développement de la petite hydraulique entre 110 et 550GWh par an d’ici à 2050. «Soit une réduction de 700 à 800GWh par an par rapport à l’estimation de 2012», regrette Swiss Small Hydro, l’association suisse pour la petite hydraulique. La raison? Des conditions-cadres nettement moins favorables que ce qui avait été prévu initialement par la Loi sur l’énergie et ses ordonnances. Et d’appeler le Conseil fédéral à revoir ces conditions, au risque de ne pas atteindre les objectifs de la Stratégie énergétique 2050.

«Difficile pour y parvenir d’imaginer une augmentation des rendements; l’hydraulique est déjà super performante!» souligne Stéphane Genoud, qui admet cependant la possibilité de gagner encore quelques kilo-wattheures grâce aux innovations techno-logiques. Reste le levier de l’augmentation de la capacité des centrales. Les Forces motrices valaisannes estiment que les 160 installations hydroélectriques du canton disposent à elles seules d’une réserve hivernale théorique de 2,2TWh, résultant principalement du transfert de l’utilisation de l’eau de l’été à l’hiver. L’idée? Utiliser le courant photovoltaïque produit en excédent à la belle saison afin de pomper et stocker l’eau dans les bassins de retenue, puis de turbiner en hiver quand la demande de courant est forte. Cela suppose toutefois d’augmenter considérablement les capacités de stockage de l’eau, notamment dans le contexte du retrait des glaciers. Problème: 80% du potentiel est situé dans des zones protégées. En Valais comme ailleurs, la recherche d’un consensus politico-sociétal sur les questions d’écologie se fait donc pressante. «Il faudra notamment consentir à une interprétation mesurée des prescriptions en matière de protection de l’environnement et réaliser une pesée des intérêts tenant compte notamment de celui de la protection du climat, qui constitue la base de la préservation de la biodiversité», souligne l’AES. Pour l’heure, les points de vue semblent toutefois difficilement conciliables.

 

HYDROÉLECTRICITÉ VS BIODIVERSITÉ

Pour Stéphane Genoud, pas simple en effet de trouver une capacité d’augmentation de 10% de la production hydroélectrique du pays sans porter atteinte à la biodiversité. «Et avec des oppositions aussi fermes de la part des associations de défense de la nature, il sera difficile de négocier», relève-t-il. Du côté de Pro Natura, on estime que le potentiel en Suisse pour l’hydroélectricité est déjà quasiment exploité. «Seules 5 à 10% des rivières sont encore plus ou moins à l’état naturel», souligne Nicolas Wüthrich, responsable de l’information de l’association. «En haute montagne, le problème réside principalement dans l’assèchement des cours d’eau; les débits résiduels sont trop faibles et ne permettent pas de maintenir la fonction biologique des rivières. A basse altitude, ce sont les centrales au fil de l’eau qui coupent la migration des poissons.» Quid du potentiel à venir dans le cadre du retrait des glaciers? «On déplace juste le problème en prenant l’eau plus haut. Et puis, un glacier qui se retire, c’est aussi un site naturel, pas une simple gravière stérile: il ne faut pas réduire la biodiversité à ce qui est visible.»

Nicolas Wüthrich se défend toutefois d’être dans l’opposition systématique: «Nous sommes conscients que l’énergie hydraulique doit être développée, et certaines installations, comme la centrale du Nant-de-Drance, l’ont été de façon écologiquement supportable. D’expérience, nous savons aussi que si les associations de protection de la nature sont impliquées dès le début d’un projet, on parvient mieux à concilier les différents impératifs sans le ralentir.»

Comment ça marche?

 

Les centrales au fil de l’eau turbinent l’eau à mesure qu’elle s’écoule, mettant directement à profit le débit afin de générer du courant via une turbine. La production est dite «en ruban», c’est-à-dire qu’elle est continue. Elle est déterminée par la quantité d’eau disponible.

1) Amont – 2) Prise d’eau – 3) Retenue – 4) Barrage déversoir – 5) Débit réservé – 6) Canal de dérivation (ou conduite forcée) – 7) Echelle à poissons – 8) Bâtiment de la centrale (turbine, générateur, etc.) – 9) Canal de fuite.

Les centrales à accumulation mettent à profit le dénivelé entre le bassin de retenue situé en amont et la turbine en aval. L’eau peut être stockée en vue d’une utilisation ultérieure, ce qui permet de réguler une partie de la production d’électricité et notamment de fournir de l’énergie de pointe lorsque la demande est élevée.

1) Crête ou couronnement – 2) Plot – 3) Evacuateurs de crue – 4) Ouvrage de fuite – 5) Retenue d’eau – 6) Prise d’eau – 7) Vidange – 8) Turbines – 9) Fondations.

LE DÉFI DE LA RENTABILITÉ

Si un arbitrage clair entre les impératifs d’augmentation de la production hydro-électrique et ceux de la protection de l’environnement s’impose, il faut aussi assurer la rentabilité des installations. «Les prix du marché de gros de l’électricité ont augmenté depuis le creux absolu de 2016, mais la situation demeure tendue, avec des coûts de revient moyens entre 5,3 et 8,2 centimes par kilowattheure selon le type de centrale hydroélectrique», relève l’AES. «Il manque en outre une intégration complète des coûts du CO2 dans le prix de l’électricité, sans compter la redevance hydraulique qui, selon sa conception actuelle, constitue une lourde charge s’élevant en moyenne à près du quart des coûts de revient de l’hydraulique.»

Pour Stéphane Genoud, il est essentiel de comprendre que l’offre d’électricité est influencée par ce que l’on appelle l’«ordre de mérite». Sur le marché de l’électricité, les centrales de production sont en effet sollicitées par ordre croissant de leur coût marginal. Les coûts marginaux de l’hydro-électricité à accumulation étant élevés (lire l’encadré Pourquoi le coût marginal de l’électricité produite par les barrages à accumulation est-il élevé?), celle-ci rentre ainsi en dernier dans le marché, d’autant que les nouvelles énergies renouvelables (solaire et éolien) ont une priorité d’injection et des coûts marginaux très faibles. «Ce modèle ne fonctionne pas, car les prix bas de l’électricité d’origine fossile empêchent de rentabiliser nos barrages, qui se retrouvent en concurrence avec les autres renouvelables», explique le professeur de la HES-SO Valais. «Il faut donc commencer par arrêter le charbon, le gaz et le pétrole, afin de retrouver une méthode permettant de rémunérer convenablement l’hydraulique. C’est un sujet clé», conclut-il.

Pourquoi le coût marginal de l’électricité produite par les barrages à accumulation est-il élevé?

 

Explications de Stéphane Genoud, professeur responsable du Laboratoire de management de l’énergie à la HES-SO Valais.

 

«Le coût marginal élevé d’un barrage à accumulation s’explique par le fait que les volumes d’eau stockés en amont ont été imaginés pour environ 2000 heures de fonction-nement par an (une année compte 8760 heures). Elles correspondaient, avant l’arrivée du solaire, aux meilleures opportunités financières des heures de consommation élevée (entre 11h et 13h). La clé pour comprendre les coûts marginaux des barrages à accumulation est là car, désormais, ces installations doivent trouver d’autres plages horaires afin de pouvoir placer leurs 2000 heures de production. Les barrages attendent donc des opportunités lorsqu’il n’y a pas (peu) de soleil ou de vent ou, plus intéressant encore, lorsque les prévisions météo se sont trompées, car, dans ce cas, leur excellente capacité à répondre en quelques secondes à la demande peut se monnayer très cher. Sauf que ces opportunités ne sont pas très nombreuses aujourd’hui... En pratique, un barrage à accumulation est un peu comme un défibrillateur: il est très important d’en avoir un sous la main, mais il est très peu utilisé. Afin d’assurer sa rentabilité, il faudrait donc rémunérer sa capacité à se mettre au service du réseau. C’est d’ailleurs ce qui été mis en œuvre par nos voisins français.»