Hydroélectricité

Le Vendredi 26 août 2022

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 conformément aux objectifs fixés dans la programmation pluriannuelle de l’énergie.

L'hydroélectricité aujourd'hui en France

Présentation de l'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).

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 25,7 GW (gigawatts) installés en France métropolitaine, le pays dispose de l’un des plus grands parcs hydroélectriques en Europe . Cette puissance représente environ 20 % de la puissance électrique totale installée.

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 à 75,7 TWh en 2013. Elle est de 65,1 TWh en 2020, ce qui a représenté 13 % de la production électrique annuelle.

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.

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 chargé de l’énergie la délivre. La durée des concessions doit permettre d’amortir les investissements initiaux réalisés par le concessionnaire, qui rend gratuitement à l’État les installations à l’échéance de sa concession.

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.

Le régime des concessions hydroélectriques

La France compte plus de 340 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 n°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 termes 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.

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.

Enjeux environnementaux et de sécurité des ouvrages hydroélectriques

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 dès lors que la production d’électricité fait appel à un barrage ou nécessite une conduite forcée.

La sécurité des ouvrages hydrauliques est de la responsabilité des gestionnaires. Le contrôle s’appuie localement sur les services déconcentrés de l’État et leur service de contrôle de la sécurité des ouvrages hydrauliques (SCSOH). Il est piloté nationalement par le pôle national de la sécurité des ouvrages hydrauliques (PoNSOH) qui est un service à compétence nationale rattaché à la direction générale de la prévention des risques. La nécessaire expertise technique à laquelle peuvent faire appel les services en région est assurée par plusieurs organismes : le centre d’études et d’expertise sur les risques, l’environnement, la mobilité et l’aménagement (Cerema), l’institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) ou le PoNSOH lui-même qui est chargé de coordonner cet appui technique au profit des services de contrôle. Il existe également un comité technique permanent des barrages et ouvrages hydrauliques, composé d’experts, qui est sollicité sur des dossiers complexes intéressant la sécurité des ouvrages hydrauliques en cours de réhabilitation et également à l’occasion de la première mise en eau des nouveaux barrages de classe A (voir ci-après).

En fonction de leur hauteur et de leur volume, les barrages sont en effet classés dans les catégories A, B ou C par la réglementation. Chaque catégorie fixe pour les gestionnaires des obligations croissantes en termes de sécurité (les plus fortes concernent la classe A), précisées dans le code de l’environnement et le code de l’énergie.

De façon synthétique, les obligations des gestionnaires de barrages en terme de sécurité sont les suivantes :

  • Conception et suivi des travaux par un maitre d’œuvre agréé, avec respect des prescriptions techniques fixées par un arrêté ministériel ;
  • Réalisation périodique d’une étude de dangers (barrages de classes A et B) ;
  • Mise en place d’une surveillance, de l’entretien et de visites techniques dans le respect d’une documentation préétablie, avec obligation de rapports périodiques associés ;
  • Mise en place et suivi de dispositifs d’auscultation, avec les rapports associés ;
  • Déclaration des évènements importants pour sécurité hydraulique.

En région, le SCSOH a pour mission de veiller, à travers les autorisations de travaux qu’il instruit et les contrôles sur place ou sur pièces qu’il diligente sur les barrages en service, à ce que les concessionnaires aient convenablement conçu et réalisé leurs ouvrages, qu’ils les entretiennent et surveillent correctement, et, d’une manière générale, qu’ils respectent la réglementation applicable. Des sanctions administratives sont possibles en vertu du code de l’énergie ou du code de l’environnement en cas de méconnaissance de leurs obligations par les exploitants. Elles interviennent sur décision du préfet après une mise en demeure préalable restée sans effet.

Développement de la filière hydroélectrique

Les Programmations pluriannuelles de l'énergie

Les Programmations Pluriannuelles de l’Énergie (PPE) sont des outils de pilotage de la politique énergétique créés par la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte. La première PPE s’étalait sur les périodes 2016-2019 et 2019-2023. Une nouvelle PPE a été élaborée (PPE 2) sur les périodes 2019-2023 et 2023-2028 et a remplacé la précédente sur leur zone de chevauchement.

La PPE de métropole continentale sur la période 2019-2028 a été adoptée définitivement le 21 mars 2020. Elle fixe notamment des objectifs quantitatifs et des orientations relatives à l’énergie hydroélectrique :

  • Augmenter le parc de l’ordre de 200 MW d'ici 2023 et de 900 à 1 200 MW d'ici 2028, qui devrait permettre une production supplémentaire de l’ordre de 3 à 4 TWh dont environ 60 % par l'optimisation d'aménagements existants ;
  • Optimiser la production et   la   flexibilité du   parc   hydroélectrique, notamment   au-travers   de suréquipements  et  de  l’installation  de  centrales  hydroélectriques  sur  des  barrages  existants  non-équipés ;
  • Mettre en place un dispositif de soutien à la rénovation des centrales autorisées entre 1 MW et 4.5 MW ;
  • Lancer l’octroi de nouvelles concessions sur quelques sites dont le potentiel aura été identifié ;
  • Poursuivre les appels d’offres pour la petite hydroélectricité, à raison de 35 MW par an ;
  • Engager, au cours de la première période de la PPE, les démarches permettant le développement des STEP pour un potentiel de 1,5 GW identifié en vue des mises en service des installations entre 2030 et 2035.

La PPE s’articule avec les autres démarches stratégiques, en particulier la stratégie nationale bas-carbone (SNBC) et les schémas régionaux d'aménagement, de développement durable et d'équilibre des territoires (SRADDET) qui ont pris la succession des Schémas régionaux du climat, de l’air et de l’énergie (SRCAE).

Les schémas régionaux de raccordement au réseau des énergies renouvelables (S3REnR) permettent quant à eux de réserver, au bénéfice des énergies renouvelables, pour une période de 10 ans, les capacités de raccordement estimées nécessaires pour atteindre les objectifs fixés par les schémas régionaux définissant la politique énergétique à l’échelle régionale.

Étude du potentiel hydroélectrique

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 » disponible ci-après et sont synthétisés ci-dessous :

Potentiel hydroélectrique français 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

Cette étude de potentiel a contribué à la définition des objectifs des premières PPE (PPE 1 et 2).

Dans le cadre de l’élaboration des objectifs de la PPE 3 (2024 -2033), une nouvelle étude du potentiel hydroélectrique sera menée pour mettre à jour les données de 2013, conformément aux dispositions de l’article 89 I A de la Loi climat et résilience du 22 août 2021.

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.

Résultats des appels d’offres pour développer des petites centrales hydroélectriques

Les appels d’offres pour le développement de la petite hydroélectricité visent à 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.

Un premier appel d’offres a été lancé en 2016. Son succès a montré que le développement de la petite hydroélectricité était compatible avec les enjeux environnementaux.

19 lauréats de ce premier appel à projets ont été désignés le 27 avril 2017, dont 4 projets sur des sites d’anciens moulins. Les lauréats représentent une capacité de 27 MW et pourront bénéficier d’un complément de rémunération.

Pour poursuivre cette dynamique, un nouvel appel d’offres pluriannuel a été lancé en 2017 pour 105 MW de nouvelles petites centrales hydroélectriques, répartis en trois périodes de candidature de 35 MW en 2018, 2019 et 2020.

Pour la première période, 14 lauréats ont été désignés le 23 août 2018.

Pour la deuxième période, 13 lauréats ont été désignés le 26 juin 2019.

Pour la troisième période, 8 lauréats ont été désignés le 29 janvier 2021.

Pour la quatrième période, 1 lauréat a été désigné le 29 juillet 2022.

La programmation pluriannuelle de l’énergie adoptée le 21 avril 2020 réaffirme le soutien à la petite hydroélectricité et prévoit la poursuite des appels d’offres pour le développement de nouvelles installations.

Le Portail national de l'hydroélectricité

Le portail national de l’hydroélectricité offre un accès aux principaux documents de programmation nationaux et locaux utiles pour le développement de projets hydroélectriques. Il comprend en particulier :

 

  • les schémas directeurs d’aménagement et de gestion des eaux (SDAGE) mentionnés à l’article L. 212-1 du code de l’environnement ;
  • les schémas d’aménagement et de gestion des eaux (SAGE) définis à l’article L. 212-3 du code de l’environnement ;
  • les listes de cours d’eau, parties de cours d’eau ou canaux établies en application des 1° et 2° du I de l'article L. 214-17 du code de l’environnement ;
  • les schémas régionaux d'aménagement, de développement durable et d'égalité des territoires (SRADDET) mentionnés à l'article L. 4251-1 du code général des collectivités territoriales ;
  • les schémas régionaux de raccordement au réseau des énergies renouvelables (S3REnR) mentionnés à l'article L. 321-7 du code de l’énergie ;
  • les classements des cours d'eau et lacs établis en application de l'article L. 2111-7 du code général de la propriété des personnes publiques ;
  • les évaluations et identifications prévues pour l'électricité d'origine hydraulique dans la programmation pluriannuelle de l'énergie en application des 3° et 4° de l'article L. 141-2 du code de l’énergie ;
  • les éléments d'information figurant dans l'évaluation prévue au d du 6° de l'article 179 de la loi n° 2019-1479 du 28 décembre 2019 de finances pour 2020.

Contact : pour toute demande de mise à jour des informations du portail national de l'hydroélectricité, veuillez écrire à la boite fonctionnelle portail-national-hydroelectricite@developpement-durable.gouv.fr.

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