Centrale hydroélectrique : 10 m³/s sur 50 m de chute donnent 4,2 MW, le calcul
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Dans une centrale hydroélectrique, l’eau traverse une turbine qui fait tourner un alternateur. La puissance produite dépend de deux grandeurs : le débit de l’eau et la hauteur de chute. La France compte près de 2 500 installations, pour environ 25,5 GW de puissance, selon Connaissance des Énergies.
La formule qui commande tout
La puissance d’une centrale s’écrit P = Q × ρ × H × g × r, où Q est le débit moyen en m³ par seconde, ρ la masse volumique de l’eau (1 000 kg par m³), H la hauteur de chute en mètres, g la pesanteur (9,81) et r le rendement de l’installation, de 0,6 à 0,9.
Exemple de calcul : un débit de 10 m³ par seconde sur une chute de 50 mètres, avec un rendement de 0,85, donne environ 4,2 MW. Doubler la hauteur de chute double la puissance, à débit égal. C’est pourquoi les barrages créent de la hauteur, et pourquoi une rivière à fort débit sans dénivelé produit peu.
De la prise d’eau au transformateur
- L’eau est prélevée dans un réservoir ou un cours d’eau, à la prise d’eau.
- Elle descend par une conduite forcée vers la salle des machines, en prenant de la vitesse et de la pression.
- Elle fait tourner une turbine, couplée à un alternateur qui produit le courant.
- Un transformateur élève la tension avant l’injection sur le réseau électrique.
L’eau ressort ensuite vers la rivière, en aval de la centrale.
Au fil de l’eau, éclusée, lac, STEP : le rôle de chacun
| Type | Stockage | Rôle sur le réseau |
|---|---|---|
| Au fil de l’eau | très faible, la production suit le débit | production de base |
| Éclusée | moyen, modulation sur la journée | production de semi-base |
| Lac (réservoir) | important, eau disponible à la demande | production de pointe |
| STEP (pompage-turbinage) | deux bassins, eau remontée puis turbinée | stockage d’énergie |
Selon Connaissance des Énergies, le parc français se répartit à peu près en 26 % de centrales au fil de l’eau, 16 % d’éclusées, 40 % de lacs et 18 % de STEP (en nombre d’installations).
Choisir la turbine selon la hauteur de chute
| Turbine | Hauteur de chute | Principe |
|---|---|---|
| Pelton | plus de 300 m | des jets d’eau frappent des godets en forme de cuillère |
| Francis | 10 à 300 m | l’eau entre par la périphérie et ressort par l’axe |
| Kaplan | jusqu’à 30 m | hélice à pales orientables, adaptée aux débits variables |
| Groupe bulbe | 2 à 15 m | turbine axiale couplée à l’alternateur dans un carter immergé |
Ces plages proviennent d’un support de cours de l’IN2P3 ; d’autres sources les décalent de quelques mètres (Connaissance des Énergies place la Kaplan entre 5 et 50 m environ). Les turbines Pelton exigent des chutes de plusieurs centaines de mètres, typiques de la montagne, et les Kaplan servent en plaine, sur les fleuves.
La part de l’hydraulique en France
Selon RTE, l’hydraulique a produit 62,4 TWh en 2025, soit 11,4 % de la production électrique française, en baisse par rapport à une année 2024 très humide. L’hydraulique est la première source renouvelable d’électricité, devant l’éolien et le solaire : le détail figure dans l’article sur le mix énergétique français. La production varie donc avec la pluie et la fonte des neiges.
La France compte environ 450 grands barrages de plus de 15 m, dont environ 220 produisent de l’électricité. Les autres servent à l’irrigation, à l’eau potable ou à l’écrêtement des crues.
Impact sur les cours d’eau
Un barrage perturbe les écosystèmes en amont et en aval et peut bloquer la migration des espèces aquatiques. Des passes à poissons sont installées pour limiter cet effet. La gestion des débits et des sédiments du réservoir compte aussi pour le milieu en aval.
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