La petite hydraulique

Un état des lieux de la petite hydraulique dans le monde et de son potentiel pour faire face aux défis du changement climatique.

Rapide historique

L’énergie hydraulique est utilisée depuis des siècles pour produire de l’énergie mécanique. L’hydroélectricité commence à se développer dans les années 1880 et les turbines électriques ont quasi complètement remplacé les usages mécaniques à la fin du XIXe siècle en Europe. Le développement des réseaux et la recherche d’économies d’échelle aboutissent au développement de la grande hydraulique dès les années 30 au détriment des petites installations.

La crise de 73 entraîne un regain d’intérêt pour la petite hydraulique et l’apparition de nouveaux fabricants, mais, comme pour toutes les filières, le contrechoc de 85 et les années de pétrole à bas prix en freinent le développement. C’est la préoccupation climatique et l’adoption de cadres favorables qui en ont relancé l’intérêt depuis le tournant du siècle.

État de l’art

La plupart des auteurs et organismes internationaux fixent la limite entre petite et grande hydraulique à une puissance de 10 MW. Il y a cependant des exceptions : la Chine, par exemple, la fixe à 25 MW. Dans ce cadre, on distingue : la mini-hydroélectricité, entre 100 kW et 1 MW, la micro-hydroélectricité, moins de 100 kW, la pico-hydroélectricité, moins de 5 kW.

On peut encore classer les installations en trois grands types :
– l’hydraulique de barrage, essentiellement en montagne ;
– l’hydraulique au fil de l’eau ou avec des élévations artificielles de quelques mètres seulement ;
– l’hydraulique de récupération : système intégrés dans un circuit d’irrigation ou d’eau potable ou usée. Dans ce cas, la production électrique est une activité annexe.

Les turbines atteignent aujourd’hui des rendements de 60 à 90 % selon les technologies et surtout la taille, et les générateurs qui transforment l’énergie mécanique en électricité ont une efficacité proche de 100 %.

La petite hydraulique est une des filières les plus matures des « nouvelles » énergies renouvelables, mais aussi celle dont le potentiel a été le plus largement exploité en Europe et en Amérique du Nord. Les grands marchés actuels se situent principalement en Asie, même si les potentiels restent largement sous-exploités en Afrique et sur le continent américain (en particulier en Amérique du Sud).

Coûts

Investissement : Il varie beaucoup d’une installation à l’autre, le génie civil pouvant représenter plus de 50 % du coût. Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), l’investissement s’élève à 1200-1300 €/kW en Europe de l’Ouest, mais peut atteindre 5000 €/kW pour les petites installations complexes en matière de génie civil.

Coût de production : Il dépend, en sus de l’investissement, du régime hydrologique et météorologique d’une région donnée. Il est cependant important de noter que dans de nombreuses régions du monde, une installation hydroélectrique est une des options les moins onéreuses pour une électrification rurale suffisante pour développer des activités économiques. Selon l’AIE, une fourchette allant de 1,5 à près de 9,2 ct€/kWh doit être considérée. En Europe, les coûts observés varient de 6 à 8,5 ct€/kWh.

Capacité installée

Les données sur les capacités installées sont très variables du fait des différentes définitions de la petite hydraulique. La seule série un peu complète disponible fait état d’une capacité installée de 48 000 MW, dont les deux tiers sont situés en Asie et un petit quart en Europe, mais il faut noter que le Renewable Energy Policy Network (Ren21) donne des valeurs nettement plus élevées, avec une capacité mondiale totale de 66 GW en 2005, dont 38,5 en Chine. Les différences s’expliquent essentiellement par le seuil de puissance considéré, 10 MW pour l’AIE, 25 pour la Chine. Pour l’Europe des 25, on était à 11,6 GW fin 2005 selon le Baromètre EurObserve’ER, qui applique la règle des 10 MW.

Le taux de croissance annuel moyen de la petite hydraulique observé entre 2000 et 2004 est de 8 %. Le ralentissement des pays développés est largement compensé par les programmes asiatiques, notamment Chine et Inde.

Production

La plupart des statistiques existantes agrègent petite et grande hydraulique à l’exception de la zone Europe. Nous avons donc recalculé cette production sur la base des données disponibles pour obtenir un ordre de grandeur. La production mondiale en 2005 serait de 240 TWh, dont 43,1 en Europe.

Marché actuel : 4,2 milliards d’euros investis en 2005, soit 11 % de l’investissement total dans les énergies renouvelables (hors grande hydraulique) selon Ren21. L’AIE a répertorié 175 entreprises employant 25 000 personnes dans le monde. L’industrie européenne emploie 10 000 personnes (5) à elle seule (donnée ESHA).

Emplois : en France, 2 400 emplois selon l’Ademe, soit environ un emploi par MW et 0,25 par GWh.

Émissions de GES : elles dépendent principalement de l’importance des travaux de génie civil et varient de 4 à 20 g CO2/kWh.

Perspectives

Potentiels : La littérature existante traite du potentiel mondial sans différencier petite et grande hydroélectricité. La production actuelle au niveau européen est de 43,1 TWh en 2005, et le potentiel mobilisable évaluable à 28,6 TWh. En Europe, le potentiel exploitable hydraulique total est d’environ 200 TWh. La petite hydraulique représente donc un peu plus de 14 % du total. L’AIE projette un taux de croissance annuel de la petite hydraulique compris entre 3 et 5 % d’ici 2020, largement tiré par la Chine et l’Amérique du Sud.

Enjeux

Contrairement à d’autres filières, les enjeux de la petite hydroélectricité ne se situent ni dans une réduction importante des coûts ni dans l’amélioration des rendements puisque cette filière est techniquement mature. Des évolutions favorables sont bien entendu possibles et nécessaires mais elles ne joueront qu’à la marge.

Les enjeux sont principalement de deux ordres :
– Le financement des investissements par la mise en place (ou le maintien, dans le cas de l’Europe) de systèmes comme les tarifs d’achat facilitant le développement de l’investissement privé, ou via les mécanismes du Protocole de Kyoto, notamment dans les pays asiatiques où l’essentiel du développement de la petite hydraulique se fait aujourd’hui sur fonds publics.
– La question environnementale : la petite hydroélectricité doit prouver sa compatibilité avec la protection des milieux aquatiques et cours d’eau. Son développement est aujourd’hui largement freiné par l’opposition des associations de pêcheurs ou naturalistes et des réglementations très strictes. En Europe de l’Ouest et Amérique du Nord, il existe un potentiel important dans la rénovation des installations existantes. Le remplacement des turbines installées il y a plusieurs décennies permettrait de développer une puissance de 1000 MW supplémentaires et une production de l’ordre de 4 TWh à moindre coût sur les sites existants pour la seule Europe des 15 selon l’ESHA.