Hydroélectricité

Le Jeudi 8 décembre 2016
L’hydroélectricité est la deuxième source de production électrique derrière le nucléaire et la première source d’électricité renouvelable en France. Cette filière est importante pour le système électrique à plusieurs titres, notamment en termes d’équilibre et de sécurisation du réseau.
La France est historiquement bien équipée avec un développement important des ouvrages hydroélectriques dès le début et tout au long du vingtième siècle. L’enjeu actuel pour l’État est d’assurer la modernisation et la compatibilité du parc aux exigences accrues de sécurité et d’environnement d’une part, et de permettre l’exploitation du gisement résiduel d’autre part.

Présentation de la filière hydroélectricité

L’hydroélectricité transforme l’énergie gravitaire des lacs, des cours d’eau et des marées, en électricité. Une installation hydroélectrique est généralement composée d’un ouvrage de retenue (barrage) permettant le cas échéant de stocker l’eau, et de l’orienter vers une usine de production au sein de laquelle l’eau met en mouvement une turbine. Comme dans d’autres moyens de production d’électricité, la turbine est associée à un alternateur qui transforme l’énergie cinétique de la rotation en énergie électrique, évacuée sur le réseau électrique. La puissance électrique est proportionnelle à la hauteur de chute et au débit turbiné.

On distingue plusieurs types d’installations hydroélectriques en fonction de la durée de remplissage de leur réservoir :

  • les installations dites « au fil de l’eau », qui turbinent tout ou partie du débit d’un cours d’eau en continu. Leur capacité de modulation est très faible et leur production dépend du débit des cours d’eau.

  • les installations dites par « éclusées », qui disposent d’une petite capacité de stockage, typiquement comprise entre 2 heures et 400 heures de production. Ces installations permettent une modulation journalière ou hebdomadaire de la production en accumulant dans leurs retenues des volumes d’eau qui seront turbinés pendant les pics de consommation.

  • les installations dites « centrale de lac » disposant d’une retenue plus importante. Ces installations accumulent des volumes d’eau dans des retenues de taille conséquente nécessitant le plus souvent des barrages de grande taille, généralement à l’aval des moyennes et hautes montagnes. Ces installations permettent de diminuer l’exposition aux conditions hydrologiques.

  • les « stations de transfert d’énergie par pompage » ou STEP, utilisées pour le stockage de l’énergie électrique : ces installations permettent de pomper pendant les périodes de moindre consommation d’électricité vers un réservoir haut des volumes d’eau pour les turbiner pendant les pics de consommation.

Les installations au fil de l’eau, voire par éclusées, fournissent une hydroélectricité de base peu modulable alors que les installations avec des retenues importantes sont très utiles pour la flexibilité du système électrique, et permettent de répondre aux pics de consommation : en effet, ces installations peuvent fournir de grandes puissances très rapidement mobilisables (quelques minutes).

Chiffres clés de la filière hydroélectricité

Production hydroélectrique et puissance installée

L’hydroélectricité est la deuxième source de production électrique derrière le nucléaire et la première source d’électricité renouvelable en France. Avec environ 25 GW (gigawatts) installés, le pays dispose du deuxième parc hydroélectrique installé en Europe après la Norvège. Cette puissance représente environ 20 % de la puissance électrique totale installée en France.

Compte tenu de la forte variabilité aux conditions hydrologiques d’une année à l’autre, la part de l’hydroélectricité dans le mix électrique, est davantage mesurée par le productible, c’est-à-dire la production maximale annuelle sans arrêts (maintenance, etc) dans des conditions hydrologiques moyennes. Le productible annuel est d’environ 67 TWh (térawatt-heure). La production effective varie fortement selon les années en fonction des conditions hydrologiques, comme l’a démontré la période récente : de 50,3 TWh en 2011, la production a cru a 75,7 TWh en 2013. Cette production représente environ en moyenne 12 % de la production électrique en France.

Les capacités diffèrent en fonction du type d’installation :

 

 

Puissance installée totale
(GW)

Production totale
(TWh)

Fil de l’eau

7,7

30

Éclusées

3,9

10

Lac

9,6

15

STEP

4,2

1,2

Répartition du parc et de la production moyenne en fonction des types d’installations.

Potentiel et objectifs de la filière hydroélectricité

Potentiel

Dans le cadre de la Convention pour le développement d’une hydroélectricité durable signée en 2010, un travail de normalisation des méthodes d’évaluation et de convergence du potentiel hydroélectrique de création de nouveaux sites ou d’équipement de seuils existants a été mené par la Direction Générale de l’Énergie et du Climat (DGEC), la Direction de l’Eau et de la Biodiversité (DEB), les Directions Régionales de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement (DREAL) et les producteurs (fédérés autour de l’Union Française de l’Électricité (UFE)). Les résultats de ce travail de « convergence » sont disponibles dans le rapport « Connaissance du potentiel hydroélectrique français – Synthèse » et sont synthétisés ci-dessous :

 

Potentiel hydroélectrique francais selon l’étude de convergence de 2013

 

Cours d’eau classés liste 1

Cours d’eau non classés

Nouveaux ouvrages

Env. 2180 MW ; 7,7 TWh

Env. 660 MW ; 2,3 TWh

Seuils existants

Entre 260 et 470 MW ; de 0,9 à 1,7 TWh

 

Objectifs quantitatifs et orientations fixés par la Programmation Plurianuelle de l’Énergie (PPE)

  • Augmenter la capacité de production hydroélectrique de 500 à 750 MW et la production de 2 à 3 TWh d’ici 2023.

  • Préserver la capacité de flexibilité de l’hydroélectricité, essentielle pour contribuer à la flexibilité du système électrique et faciliter l’intégration de capacités accrues d’énergies renouvelables.

  • Évaluer les pertes de production liées aux actions de rétablissement de la continuité écologique et optimiser autant que possible la conciliation des enjeux de préservation des milieux et de production d’énergie renouvelable.

  • Relancer le développement de l’hydroélectricité par des appels d’offres réguliers et par l’optimisation des concessions existantes.

  • Engager d’ici 2023 des projets de stockage sous forme de STEP, en vue d’un développement de 1 à 2 GW de capacités entre 2025 et 2030.

Cadre réglementaire de l’hydroélectricité

Cadre juridique de l’exploitation des installations hydroélectriques

L’ensemble des dispositions législatives et réglementaires spécifiques aux installations hydroélectriques sont rassemblées dans le livre V du code de l’Énergie.

L’hydroélectricité est réglementée par l’État depuis la loi du 16 octobre 1919 relative à l’utilisation de l’énergie hydraulique, qui stipule que « nul ne peut disposer de l’énergie des marées, des lacs et des cours d’eau […] sans une concession ou une autorisation de l’État » (article L.511-1 du code de l’énergie). On distingue donc ces deux cadres juridiques pour les installations hydroélectriques suivant la puissance maximale brute (PMB) des installations :

  • Installations de moins de 4,5 MW : le régime de l’autorisation

Elles appartiennent en général à des particuliers, des petites entreprises ou des collectivités. Elles nécessitent l’obtention d’une autorisation environnementale, délivrée par le préfet pour une durée limitée, et dont les règles d’exploitation dépendent des enjeux environnementaux du site concerné.

  • Les installations de plus de 4,5 MW : le régime des concessions

Elles appartiennent à l’État, et elles sont construites et exploitées par un concessionnaire, pour son compte . Pour les installations entre 4,5 MW et 100 MW, la concession est délivrée par le préfet, alors qu’au-delà de 100 MW, le ministre en charge de l’énergie la délivre. La durée des concessions doit permettre d’amortir les investissements initiaux réalisés par le concessionnaire, qui rend à l’État les installations à l’échéance de sa concession.

 

Enjeux environnementaux

Les installations permettant de produire de l’hydroélectricité peuvent avoir un effet perturbateur sur le milieu naturel (eau) et sur les écosystèmes. C’est pourquoi elles doivent limiter leurs impacts sur la continuité écologique notamment en :

  • Maintenant dans le cours d’eau un débit minimum (« débit réservé ») permettant a minima de garantir des conditions nécessaires au développement de la vie dans le tronçon court-circuité par l’installation. Ce débit réservé représente au moins le dixième du module du cours d’eau sur lequel le seuil ou le barrage est installé, le module étant le débit moyen interannuel du cours d’eau.

  • Préservant des passages ou des modes de gestion pour les espèces (poissons migrateurs) et pour les sédiments, par exemple par l’installation de passes à poissons pour leur permettre la montaison et la dévalaison des cours d’eau.

Ces enjeux sont pris en compte dans l’instruction des projets au titre de la loi sur l’eau (procédure applicable aux installations, ouvrages ou travaux soumis à autorisation) ou lors de l’instruction d’une demande de concession.

Sécurité des ouvrages hydrauliques

Les installations hydroélectriques font l’objet d’une surveillance particulière et sont soumises à des obligations importantes de sécurité et de sûreté. Le contrôle des installations est assuré par différents services centraux et déconcentrés du ministère.

Installations hydroélectriques soumises à autorisation

Tout producteur peut déposer une demande d’autorisation pour exploiter une chute hydraulique en vue de produire de l’électricité, lorsque la puissance maximale brute de l’installation ne dépasse pas 4,5 MW ou lorsque la production d’électricité est un usage accessoire de l’exploitation de la chute. L’autorisation d’exploiter au titre du livre V du code de l’énergie est alors comprise dans l’autorisation environnementale délivrée par le préfet selon la nomenclature loi sur l’eau dite « IOTA ».

Les installations hydroélectriques soumises à autorisation représentent une puissance installée d’environ 2,5 GW pour une énergie produite de l’ordre de 4,5 TWh par an.

Concessions hydroélectriques

Le régime des concessions hydroélectriques

La France compte près de 400 concessions hydroélectriques qui représentent plus de 90 % du total de la puissance hydroélectrique installée. Le régime des concessions hydroélectriques transfère la responsabilité des investissements, de la construction et de l’exploitation d’une installation hydroélectrique à un tiers qui se rémunère en tirant bénéfice de l’exploitation des installations pendant toute la durée de la concession. En contrepartie, le concessionnaire verse une redevance, accorde des réserves en eau et en énergie et doit à l’issue de la concession faire retour gratuit des biens nécessaires à l’exploitation de la concession à l’État qui peut alors décider de renouveler la concession. Ces différentes obligations apparaissent dans le cahier des charges de la concession, qui lie le concessionnaire à l’État.

La gestion des concessions hydroélectriques

Les DREAL sont en charge du contrôle des concessions hydroélectriques. Elles encadrent les travaux de construction, de gestion et d’entretien en approuvant notamment les dossiers d’exécution de travaux réalisés par les concessionnaires. Elles sont responsables d’assurer un suivi de l’occupation foncière de la concession : autorisation d’occupation par des tiers, autorisation de sortie de bien du domaine concédé. Elles instruisent également les demandes d’inscription au registre des concessions et examinent les dossiers de fin de concession (DFC).

L’octroi et le renouvellement des concessions hydroélectriques

La procédure d’octroi des concessions a été précisée dans le livre V du code de l’Énergie par la loi du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) et son décret d’application 2016-530. En particulier, l’État choisira pour chaque concession la meilleure offre compte tenu des trois critères suivants :

  • l’optimisation énergétique de l’exploitation de la chute : la mise en concurrence incitera les candidats à proposer des investissements importants de modernisation des installations existantes, et de nouveaux équipements pour augmenter la performance de cette énergie renouvelable.

  • le critère environnemental par le respect d’une gestion équilibrée et durable de la ressource en eau permettant la conciliation de ses différents usages : les candidats devront proposer une meilleure protection des écosystèmes tout en respectant les usages de l’eau autre qu’énergétiques (protection des milieux aquatiques, soutien d’étiage, irrigation)

  • le critère économique par la sélection des meilleures conditions économiques et financières pour l'Etat et les collectivités territoriales : les candidats devront proposer un taux pour la redevance proportionnelle au chiffre d’affaires de la concession, dont le bénéfice reviendra à l’État et aux collectivités locales.

Le renouvellement des concessions hydroélectriques est un enjeu important pour l’État qui souhaite tirer le meilleur parti de ces installations en terme énergétique (puissance installée, capacité de modulation), économique (afin de tirer bénéfice de ces installations amorties) et environnemental (énergie renouvelable non émettrice de gaz à effet de serre) à condition de limiter l’impact des ouvrages sur les milieux aquatiques.

Pour les producteurs d’électricité, le renouvellement des concessions est un moyen de disposer de (nouvelles) capacités de production qui présentent des avantages particuliers. Nombreux sont donc ceux qui envisagent de se porter candidat à la reprise des concessions hydroélectriques. Il s’agit pour l’État de mettre en place un dispositif qui permette de traiter au mieux ces différents enjeux.

L’octroi de concessions est également possible sur un secteur géographique nouveau. Cette procédure fait l’objet d’une publication d’un avis de concession, à l’initiative de l’État concédant ou sur proposition d’une personne ou d’un groupement de personnes y ayant intérêt via une demande matérialisée par un dossier d’intention. Cette attribution se fera à l’issue d’une procédure concurrentielle d’attribution suivant les mêmes critères que ceux définis pour le renouvellement des concessions.

Mécanismes de soutien à la production hydroélectrique

Dans certaines conditions, l’exploitation d’une installation hydroélectrique peut ne pas être rentable. Pour autant, pour contribuer à l’intégration des énergies renouvelables dans le mix énergétique français, il peut être nécessaire de leur apporter un soutien, notamment pour la petite hydroélectricité (puissance inférieure à 10 MW).

Le soutien aux installations autorisées peut se faire sous deux formes :

  • selon le principe du guichet ouvert, pour toute installation de moins de MW, qui peut se voir attribuer un contrat d’obligation d’achat ou de complément de rémunération en fonction de sa puissance et suivant qu’il s’agisse d’une installation nouvelle ou rénovée,

  • via des appels d’offres organisés par la Commission de régulation de l’énergie, pour les autres installations suivant des conditions particulières alors définies dans les cahiers des charges.

Les installations concédées peuvent également faire l’objet d’un soutien lorsque cela est nécessaire : lors de l’octroi de la concession, un complément de rémunération peut être mis en place pour équilibrer l’exploitation des installations, si les prix de marché ne permettent pas une rentabilité de la concession.

Premier appel d’offres pour développer des petites centrales hydroélectriques, et lance un nouvel appel d’offres pluriannuel pour un volume de 105 MW

Le premier appel d’offres pour le développement de la micro et de la petite hydroélectricité a été lancé en 2016, afin de favoriser :

  • la construction de nouvelles installations complètes (barrage + centrale hydroélectrique),
  • l’équipement de barrages ou de seuils existants, mais ne produisant pas à ce jour d’électricité, et en particulier l’équipement de sites d’anciens moulins.

Le succès de cet appel d’offres, qui comprend des critères de continuité écologique, montre que les enjeux environnementaux sont compatibles avec le développement de la petite hydroélectricité

19 lauréats de ce premier appel à projets ont été désignés, dont 4 projets sur des sites d’anciens moulins. Les lauréats représentent une capacité de 27 MW et bénéficieront d’un complément de rémunération : le prix moyen pondéré de l’électricité produite par les lauréats est de 112,4 €/MWh.

Pour poursuivre cette dynamique, un nouvel appel d’offres pour 105 MW de nouvelles petites centrales hydroélectriques, répartis en trois périodes de candidature de 35 MW a également été lancés.

Le nouveau cahier des charges est simplifié :

  • l’appel d’offres est pluriannuel pour plus de visibilité,
  • le nombre de familles est réduit, de même que la composition des dossiers et leur procédure d’évaluation.

La première période de candidature du nouvel appel d’offres se clôturera le 31 janvier 2018. Les candidats devront au préalable adresser une demande de précadrage environnemental avant le 14 août 2017.

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