Options d’adaptation pour les centrales hydroélectriques

La production d’hydroélectricité dépend, par définition, de la disponibilité de l’eau et est donc affectée par les impacts du changement climatique sur les bassins hydrographiques, principalement à travers deux voies (opposées). Le changement climatique peut entraîner une pénurie d’eau, entraînant une diminution des débits fluviaux et une diminution de l’accumulation d’eau dans les barrages, et donc une plus faible quantité d’eau qui peut traverser des turbines ou des centrales fluviales pour produire de l’électricité. Inversement, les changements climatiques peuvent augmenter la fréquence et l’intensité des précipitations extrêmes et accélérer la fonte des neiges, ce qui entraîne une augmentation du risque d’inondation. Certaines régions de l’UE seront plus sujettes aux problèmes de pénurie d’eau et d’autres à une abondance soudaine d’eau: en règle générale, on s’attend à ce que les sécheresses constituent une menace grave dans la plupart des régions, à l’exception de l’Europe du Nord, et ce qui est maintenant une fois dans un siècle les inondations seront plus fréquentes dans tous les grands bassins hydrographiques européens (AEE, 2016). Cependant, les deux phénomènes peuvent se produire dans toute l’Europe, avec des fréquences changeantes dans un climat changeant.

Cette variabilité des changements hydrométéorologiques attendus à travers l’Europe est la raison d’être de la première option d’adaptation discutée ici. Dans une perspective d’adaptation au changement climatique, il est crucial pour les services publics exploitant des centrales hydroélectriques d’obtenir une compréhension détaillée des conditions futures dans lesquelles chaque centrale fonctionnera. Les changements climatiques se traduiront par une variation saisonnière du cercle aquatique, avec des périodes de sécheresse plus longues au cours desquelles l’eau sera plus rare que d’habitude, un dégel plus précoce de la neige sur les pentes des montagnes dans les sources et, par conséquent, l’apparition plus précoce de grands apports d’eau de fonte ainsi que la fonte accélérée des glaciers qui se traduira par une augmentation initiale de la disponibilité de l’eau, suivie d’une détérioration de la disponibilité de l’eau. En l’absence d’infrastructures de régulation des flux en amont, des débits printaniers précoces et plus abondants peuvent être problématiques pour les centrales au fil de l’eau, en provoquant une inadéquation entre la production d’électricité et la demande.

Tous ces phénomènes nécessiteront une révision approfondie de la planification de l’exploitation, de la maintenance et, éventuellement, des interventions d’ingénierie de protection contre le climat des centrales hydroélectriques. En outre, des scénarios précis seront essentiels pour trouver des solutions communes pour des utilisations concurrentes pendant les périodes de pénurie d’eau, en aidant à évaluer les besoins réels et le calendrier probable des demandes des différents utilisateurs à côté des services d’électricité: les agriculteurs, la pêche, l’utilisation résidentielle, le transport d’eau, les loisirs, etc. Par conséquent, une première option d’adaptation consiste à mettre en place des scénarios climatiques et hydrométéorologiques à haute résolution pour chaque site de barrage et pour le bassin hydrographique auquel ils appartiennent, de manière à ce qu’ils puissent être facilement accessibles et compris par la direction des services d’électricité et par tous les autres utilisateurs du bassin. À cette fin, des services climatiques spécifiques peuvent être conçus pour fournir des projections précises des indicateurs pertinents dans un format accessible.

Dans certains cas, les conditions climatiques projetées peuvent suggérer qu’une révision des activités prévues pourrait ne pas suffire et que l’adaptation des infrastructures pourrait être en ordre. C’est particulièrement le cas lorsqu’on s’attend à une augmentation de la fréquence des précipitations extrêmes, ce qui se traduit par une augmentation des inondations dans les sites des barrages. Les effets néfastes de l’inondation des barrages comprennent le dépassement, les pannes, les dommages à l’équipement et les impacts négatifs en aval. L’abondance soudaine de l’eau due aux inondations doit être rejetée en toute sécurité afin de minimiser les dommages à la plante et aux écosystèmes en aval ainsi qu’aux infrastructures et activités humaines. Les précipitations extrêmes peuvent également déclencher des impacts hydrométéorologiques tels que des glissements de terrain ou un envasement excessif, ce qui peut réduire le volume disponible pour l’eau dans un réservoir et/ou obstruer le système de rejet d’eau.

Il existe un certain nombre d’options d’ingénierie qui peuvent être appliquées pour gérer les déversements de barrages, qui peuvent être fondamentalement regroupés dans des déversoirs, des systèmes fermés et des bouchons de fusible.

Les déversements peuvent avoir différentes formes de conception visant à dissiper en toute sécurité l’énergie de l’eau déversée tout en assurant les volumes de sortie souhaités. Ils peuvent fonctionner automatiquement lorsque l’eau du barrage atteint un niveau donné ou peuvent être couplés à des portes qui détournent le débit d’eau dans le déversoir. Les formes de conception comprennent les déversoirs de chute, les déversoirs gradués, les déversoirs à cloches, les déversoirs de syphon, les crêtes d’ogee, les canaux latéraux, les déversoirs labyrinthiques et les déversoirs à touches de piano (PKW). Les caractéristiques techniques d’un barrage ainsi que l’orographie et l’hydrologie de la zone environnante déterminent la compatibilité de types de déversoirs spécifiques avec le barrage: cela signifie que tous les systèmes de déversement ne sont pas compatibles avec tous les barrages.

Les systèmes fermés sont une série de portes installées le long de la paroi du barrage ou autour des déversoirs de l’embouchure de cloches qui peuvent être ouvertes pour gérer le niveau d’eau du réservoir et en particulier pour libérer le volume d’eau excédentaire en aval en cas d’inondation. Encore une fois, ils peuvent être couplés à des déversements pour dissiper en toute sécurité l’énergie cinétique de l’eau déversée. Ils sont en place dans de nombreux barrages existants pour la gestion des flux. Les systèmes fermés peuvent échouer en cas de saturation en raison d’inondations excessives.

Les bouchons de fusibles sont des sections érodables d’un barrage terrestre qui sont conçues pour s’évacuer dans des conditions d’inondation prédéterminées. Fondamentalement, ils agissent comme des tampons qui absorbent et ralentissent le débordement et peuvent être sacrifiés parce que le coût de leur reconstruction n’est qu’une petite fraction des coûts qui devraient être supportés si le barrage principal était endommagé. Ils ne peuvent être installés qu’en présence de caractéristiques géographiques et géologiques appropriées du site et de conditions en aval compatibles (par exemple, une selle à une distance raisonnable du barrage principal le long du bord du réservoir pour décharger l’excès d’eau; une fondation rocheuse solide pour le bouchon afin de résister à l’érosion; un canal permettant de détourner en toute sécurité le débordement du bouchon vers la rivière principale afin de protéger les structures en aval).

Habituellement, l’installation de déversoirs et de systèmes de portails ne peut avoir lieu qu’au cours de la phase de construction du barrage, de sorte que la modernisation n’est généralement pas une option. Cela ne s’applique pas aux bouchons de fusible et aux systèmes PKW. Une étude de cas Climate-ADAPT sur la gestion des risques d’inondation pour les centrales hydroélectriques françaises discute des avantages et des inconvénients des PKW. Les PKWS présentent certains avantages évidents par rapport aux déversoirs traditionnels et aux systèmes fermés, tels que la faisabilité de l’installation en tant que rénovations dans les barrages existants et le fait qu’ils fournissent un déversoir libre sans être contraints par des limites de capacité maximales, permettant ainsi de faire face à des niveaux de débit élevés et de fonctionner dans des conditions plus sûres que les systèmes fermés, et d’une manière complètement automatique qui ne nécessite pas d’intervention humaine.

Une option extrême d’adaptation des infrastructures est l’expansion de la capacité des installations en construisant des barrages de plus grande taille. Cela peut avoir un sens dans des circonstances particulières où l’on s’attend à une forte augmentation du ruissellement d’eau dans un avenir proche et suffisamment longtemps pour permettre le recouvrement des coûts d’investissement. Cela peut être le cas lorsque la fonte des grands glaciers est attendue, comme dans une étude de cas de l’ Islande. Toutefois, l’applicabilité de cette option à l’UE est probablement très limitée en raison des conditions hydrométéorologiques et glaciologiques très différentes.

Catégories du GIEC

Structurel et physique: ingénierie et environnement bâti, Structurel et physique: options technologiques

Participation des parties prenantes

En ce qui concerne les services climatiques, ce qui importe, c’est la participation des utilisateurs potentiels concernés au processus de co-conception des services. Cela dépend donc de la façon dont le service est destiné: S’il est considéré comme un outil de planification à des fins strictes de production d’hydroélectricité, la participation des parties prenantes n’est peut-être pas un facteur majeur. Toutefois, si une perspective plus large est adoptée et que le service est conçu pour servir tous les utilisateurs concernés du bassin hydrographique, le processus de coconception conduira à une interaction entre les représentants de toutes les catégories d’utilisateurs concernées. Bien entendu, la révision effective des activités prévues à la lumière des incidences attendues du changement climatique devra alors être aussi inclusive que possible pour réduire au minimum les conflits futurs.

La construction de nouvelles infrastructures, en particulier les agrandissements des barrages, nécessite la participation de tous les usagers des bassins hydrographiques et la conclusion d’un accord entre eux sur les droits d’utilisation de l’eau et les compensations.

Facteurs de réussite et facteurs limitants

Les avantages de fournir des indicateurs clairs et prêts à l’emploi pour la planification de l’utilisation de l’eau sont tout à fait évidents, car une planification efficace ne peut être basée que sur des informations précises et bien comprises. La question principale ici est commune à tous les services climatiques; il s’agit de la difficulté intrinsèque, d’une part, à identifier les informations scientifiques de pointe réellement pertinentes pour les activités des utilisateurs et, d’autre part, à les regrouper de manière à ce que le format et la langue utilisés pour les présenter soient non techniques et suffisamment accessibles pour les utilisateurs qui ne connaissent pas les disciplines scientifiques appliquées. À cette fin, la phase de co-conception est cruciale.

L’adaptation des infrastructures est dans la plupart des cas limitée par le fait que la plupart des systèmes de déversoirs et de portes ne peuvent être construits qu’avec le barrage, et ne sont donc une option valable que pour les futurs projets hydroélectriques. La principale exception est le système PKW, dont la flexibilité et les coûts relativement faibles ont été discutés dans une étude de cas française connexe, ainsi que ses limitations (signalement mineures).

Coûts et bénéfices

Les services climatiques pour l’hydroélectricité sont généralement assez peu coûteux par rapport aux investissements infrastructurels. Dans certains cas, les données pertinentes peuvent être extraites de projets qui ne sont pas directement entrepris par les services publics exploitant les installations, par exemple à partir de projets de recherche au niveau de l’UE qui peuvent fournir (presque) libre accès à tous les utilisateurs concernés de l’UE. Les cabinets de conseil peuvent fournir des forfaits plus adaptés aux taux du marché, mais la gamme de prix de ces contrats devrait se situer entre des dizaines et des centaines de milliers d’euros. Les avantages des services climatiques se résument à réduire au minimum l’exposition aux risques futurs et les conflits avec les autres utilisateurs d’eau, et à optimiser le profil de production d’électricité compte tenu des changements attendus dans les profils de disponibilité de l’eau.

L’installation d’infrastructures pour contrôler le débit excessif d’eau peut coûter de plusieurs centaines de milliers d’euros (200 000 pour PKW, comme indiqué dans l’ étude de cas française) à plusieurs millions d’euros en fonction des caractéristiques spécifiques du barrage, en termes de localisation, de structure et de débit d’eau. Les principaux avantages sont clairement la réduction des dommages attendus à l’infrastructure des centrales hydroélectriques et aux infrastructures et écosystèmes en aval, mais aussi une capacité accrue à gérer les niveaux d’eau à l’intérieur du réservoir; par conséquent, la modernisation peut entraîner un fonctionnement plus fluide de l’usine, ce qui peut augmenter la rentabilité. Lorsque l’installation de telles infrastructures entraîne une augmentation des volumes moyens d’eau stockés dans le réservoir, cela pourrait entraîner une augmentation de la production d’électricité si les conditions du marché le permettent, mais aussi un rôle accru pour le réservoir en tant que tampon susceptible d’améliorer la résilience de l’ensemble du bassin hydrographique.

Aspects légaux

Les seuls aspects juridiques potentiellement pertinents sont ceux liés au processus d’autorisation de nouvelles infrastructures, tels que les nouvelles infrastructures de rejet d’eau occupant des parties auparavant vierges du bassin fluvial, et bien sûr la construction de grands barrages. Ces projets sont soumis à la réglementation nationale pour l’autorisation de nouvelles infrastructures.

Temps de mise en œuvre

Certains services climatiques pertinents pour la planification et la gestion des centrales hydroélectriques sont déjà disponibles au sein de Copernicus. Les contrats de conseil ad hoc conclus par des intermédiaires peuvent fournir des indicateurs climatiques pertinents en quelques mois. Pour les infrastructures de lutte contre les inondations, les durées de construction dépendent des caractéristiques spécifiques du barrage et peuvent varier entre quelques mois et quelques années. Quelques années sont nécessaires pour construire des barrages plus grands.

Durée de vie

La durée de vie des services climatiques dépend de la mise à jour et de la maintenance constantes des interfaces utilisateur, des bases de données et des modèles. Pour les rénovations infrastructurelles, il n’y a pas d’indication claire, mais si elles sont correctement entretenues, on peut supposer qu’elles dureront aussi longtemps que la durée de vie résiduelle du barrage (généralement plusieurs décennies). Par conception, les bouchons de fusibles sont censés être emportés lors d’inondations majeures, et leur reconstruction périodique devrait être prise en compte dans la planification de l’infrastructure hydroélectrique à laquelle ils appartiennent. L’ espérance de vie des nouveaux barrages est en moyenne de 50 ans, mais elles peuvent durer jusqu’à un siècle, mais avec une augmentation des coûts d’entretien et des risques de stabilité structurelle après 50 ans.

Sites Internet:

Références: