La conversion de l'énergie hydraulique en énergie électrique

La production d'énergie électrique à partie d'eau est principalement due aux barrages. Ils sont de hauteurs différentes (haute chute, moyenne chute, et au fil de l'eau ou basse chute).

Dans les pays qui ont un accès à la mer, on trouve d'autres types de centrales fonctionnant soit avec l'énergie des marées soit avec celle des vagues.

Certaines machines fonctionnes avec des piles à eau de mer ce qui ne permet pas, à ce jour, de produire de l'énergie électrique en quantité suffisante pour un usage industriel.

La production électrique par les barrages représente 2,5 % de la consommation énergétique mondiale soit pour l'année 2004 : en France : 11 %   en Suisse 55 % 30 % pour les bassins d'accumulation et 25 % pour les centrales au fil de l'eau:   l'ensemble de l'Europe  12,1 %
En Suisse 55 % de la production est d'origine hydraulique 30 % pour les bassins d'accumulation et 25 % pour les centrales au fil de l'eau: 40 % provient du nucléaire et 5 % des usines thermique "normales et d'autre sources.

La production hydrau-électrique permet de combler la demande de pointe comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous( 4 jours de production en Suisse en 2004)

La production d'énergie hydraulique est un système très ancien. L'apparition des centrales thermiques, puis nucléaires ont permis d'accroître sensiblement la production et de couvrir les besoins alors que le système hydrau-électrique ne permet pratiquement pas d'augmenter son potentiel de production   Le centrales solaires, éolienne, bio-gaz et autres sources alternatives ne représentent actuellement qu'une très petite fraction de la production totale.

Les prix de l'énergie au niveau des grands distributeurs, (EOS, EDF, etc..) varie constamment en fonction de l'offre et de la demande. L'énergie des barrages avec lacs d'accumulation est donc réservée à des instants de fortes demandes ce qui permets aux réseaux producteurs d'en tirer un meilleur rendement (profit).

La transformation de l'énergie en électricité se fait grâce à un alternateur. La construction de cette machine est parfaitement identique à celle du moteur synchrone. Il existe certaines installations (par exemple "Longrin") où la machine tourne en alternateur la journée (au prix fort) et  en moteur  la nuit en remontant l'eau d'un lac dans son lac d'accumulation (à bas prix) ce qui permet également de faire du transfert d'énergie d'un barrage à un autre situé en aval lorsque le premier est suffisamment rempli.

Note : dans la production et l'utilisation d'énergie on emploie souvent une unité peu habituelle : le tep (ou Mtep). Cela signifie qu'1 tep = tonne d'équivalent pétrole

Forme des barrages

La forme des barrages  est très diverse selon le lieu dans lequel il se situe.

Les plus connus sont des barrages voûtes (Longrin  ci-contre) où la forme convexe reporte les forces exercées sur les bords du barrage c'est à dire sur la montagne.
Les barrages "poids" sont utilisé lorsque l'on ne peut pas reporter les forces sur la montagne et que c'est la masse de barrage qui doit s'opposer à celle de l'eau contenue de la lac artificiel.
Entre ces deux extrêmes, il existe beaucoup de modèles différents comme celui ci-contre un type "contrefort"

Le but du barrage est de stocker de l'eau dans un lac artificiel afin de pouvoir alimenter une centrale hydrau-électrique au moment voulu. Pour les barrages en montagne, il faut souvent faire plusieurs galeries (de plusieurs kilomètre, reliant différentes vallées) voir plusieurs barrages  pour capter des eaux de source éloignées et les diriger vers le barrage principal, celui duquel part la conduite forcée en direction de la centrale de production.

Les barrages à haute et moyenne chute

Les barrages qui entrent dans cette catégorie sont ceux dont la hauteur de chute (dénivellation de la conduite forcée) est de plus de 200 m. Les turbines associées à ce type de centrales sont nommées PELTON.

Ce type de centrale est utilisé principalement l'automne et l'hivers. Elle produit une énergie d'appoint, utile donc quelques heures par jour lorsque le besoin en électricité augmente de façon brutale, par exemple de 11 heures à midi les jours de grand froid (enclenchement des appareils de cuisson , demande de puissance électrique de chauffage accrue et fonctionnement de l'industrie).

Les barrages à moyenne chute

Les barrages qui entrent dans cette catégorie sont ceux dont la hauteur de chute (dénivellation de la conduite forcée) est comprise entre 30 et 200 m. Les turbines associées à ce type de centrales sont nommées FRANCIS.

Comme pour les barrages à haute chute, se type de centrale est utilisé principalement l'automne et l'hivers. Elle produit une énergie d'appoint, utile donc quelques heures par jour lorsque le besoin en électricité augmente de façon brutale, par exemple de 11 heures à midi les jours de grand froid (enclenchement des appareils de cuisson , demande de puissance électrique de chauffage accrue et fonctionnement de l'industrie).

Les centrales au fil de l'eau

Les barrages qui entrent dans cette catégorie sont ceux dont la hauteur de chute (dénivellation de la conduite forcée) est comprise entre 0 et 30 m. Les turbines associées à ce type de centrales sont nommées KAPLAN.

Bien qu'au fil de l'eau ces barrages ont également de petits lacs d'accumulation et un petit canal d'alimentation ce qui permet d'avoir une hauteur de chute d'une dizaine de mètre.  La production de ce type de centrale n'est pas continue. Elle varie selon le coût de production et le prix d'achat sur le marché international. ou régional.