El Hierro, La Coche, Linthal et Berrien : le stockage hydraulique de l’énergie

En ces temps où les énergies renouvelables tendent à être plus faciles à installer en France grâce à la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte et la volonté affichée du gouvernement en ce début de 2018, je voudrais attirer l’attention sur les trois faits suivants :

  • l’originalité de la centrale STEP hydro-éolienne de l’île d’El Hierro aux Canaries ;
  • l’importance des STEP hydrauliques dans le monde et, par exemple, l’extension en cours de celle de La Coche en Savoie et l’inauguration en 2016 de l’installation géante de Linthal en Suisse ;
  • la difficulté de bâtir de nouvelles STEP en France y compris outre-mer au travers de l’échec fin 2017 du projet de la micro-centrale de Berrien en Bretagne.

    Réservoir supérieur alimentant la conduite forcée de la centrale hydraulique et parc d’éoliennes servant aussi à son remplissage par pompage. La prise d’eau se fait au fond du lac. STEP d’El Hierro, Canaries, mars 2014. © A. Gioda,IRD.

Le pompage-turbinage est une technique de stockage de l’énergie électrique. Il est une solution éprouvée afin d’aider, de façon efficace, les énergies renouvelables à pallier à leur intermittence. Il repose en général sur le principe de pomper de l’eau pour la stocker dans des bassins d’accumulation lorsque la demande d’énergie est faible — c’est le pompage — afin de turbiner cette eau plus tard pour produire de l’électricité lorsque la demande est forte — c’est le turbinage.  Dans la très grande majorité des cas, les ingénieurs et techniciens utilisent donc des turbines hydrauliques spécifiques capables alternativement de turbiner et de pomper l’eau dites turbines réversibles ainsi celles du Pouget dans la vallée du Tarn.
Sur El Hierro il n’y a rien de tel puis qu’il n’y a pas de turbine réversible mais un second système de type éolien – avec 5 moulins pour une puissance totale d’environ 11 MW (mégawatts) – qui fournit l’énergie en cas de surplus d’électricité afin de pomper l’eau du réservoir inférieur à celui supérieur (voir une application possible en milieu urbain). Les quatre turbines sont de simples Pelton de la classe 3 MW  chacune de la marque reconnue dans le milieu Andritz. Grâce à une chute de l’ordre de 650 mètres et une conduite forcée, elles transforment l’énergie cinétique en énergie mécanique puis l’eau s’écoule par gravité quelques mètres plus bas dans le réservoir inférieur. La puissance installée de l’ordre de 11 MW en fait un petite centrale hydraulique selon la classification en vigueur.

De la plus puissante à la moins puissante, on distingue :

  • la petite centrale hydraulique (puissance de 0,5 à 10  MW),
  • la micro-centrale (de 20 à 500 KW (kilowatts),
  • la pico-centrale (moins de 20 KW ).
Sur cette photographie pris en décembre 2012 avant le remplissage du bassin, sont visibles la centrale abritant les quatre turbines Pelton et le déversoir, en aval de celles-ci, conduisant l’eau dans le futur lac artificiel. Une partie des conduites (pompage par énergie éolienne à gauche et celle de type forcée pour le turbinage hydraulique à droite) est aussi facile à voir derrière la centrale car ces deux tubes ne sont que partiellement enterrés. © A. Gioda, IRD.

Une autre originalité de la centrale hydraulique d’El Hierro qui est pourtant très proche de la mer est d’utiliser de l’eau douce à l’inverse de la STEP marine d’Okinawa (bâtie à partir de 1999 au Japon et démantelée en 2016) et de l’usine marémotrice de la Rance en Bretagne. Sur El Hierro il y aurait eu certes un surcoût important pour monter toute l’installation hydraulique en tubes et pièces inox de qualité marine mais surtout y avait-il le fait que toute l’île était protégée en tant que Réserve de la biosphère de l’Unesco depuis l’an 2000. D’où, en cas d’utilisation d’eau salée, un risque fort de pollution du milieu existait lors de fuites et de pertes inévitables à terme du système hydraulique. En outre la présence d’abondants embruns, nocifs pour la végétation, à partir des deux réservoirs était certaine dans un environnement très venté par les alizés.

El Hierro : salle des machines avec les turbines Pelton encore empaquetées de la centrale hydraulique de la STEP de Gorona del Viento. Décembre 2012. © A. Gioda, IRD.

Maintenant, dans le détail, l’eau douce utilisée pour l’hydraulique sur El Hierro peut provenir de deux sources différentes sachant que le réseau est interconnecté : le drainage souterrain du grand volcan de l’île ou bien le dessalement de l’eau de mer.

El Hierro est donc une STEP  » pure  »  ou de  » pompage pur  » c’est-à-dire fonctionnant en circuit fermé avec peu d’apport de l’extérieur une fois bouclée l’alimentation en eau douce. Seules les pertes, principalement par évaporation des deux réservoirs, sont importantes. Vu l’aridité du milieu situé à la latitude du grand sud marocain, elles font que des apports d’eau complémentaires soient nécessaires par le réseau de distribution. Le second type de STEP à ce niveau est dite  » mixte  » ou encore de  » pompage mixte « . Pourquoi ? Parce que, aux apports du pompage, s’ajoute l’alimentation naturelle en eau libre du bassin-versant du lac supérieur tel l’exemple suivant de Grand’Maison.

Toutefois, après El Hierro, venons en à des exemples plus importants par la taille et français. Dans l’histoire hydraulique française, la première des centrales de pompage-turbinage, datant des décennies 1920-30, est la STEP du Lac Noir (et du Lac Blanc) dans les Vosges qui vient d’être démantelée ces toutes dernières années. La plus grande en France est celle de la STEP de Grand’Maison (en amont) qui fonctionne en tandem avec la retenue du Verney (en aval). Selon Wiki ces centrales offrent la possibilité de « rentabiliser » les heures creuses des centrales hydrauliques au fil de l’eau et surtout des centrales nucléaires, en utilisant une puissance sous-utilisée et peu flexible, pour la restituer aux heures de pointe. Au total, l’unité complète de production dite de Grand’Maison avec ses 1,8 GW représente 8 % des capacités hydro-électriques françaises, et 9 % du parc d’EDF. C’était la STEP ou la centrale de pompage-turbinage la plus puissante d’Europe et l’une des dix plus puissantes au monde. Elle fournit la puissance de deux réacteurs nucléaires standards. Pourquoi son importance de nos jours ? Reprenons un extrait d’un article du journal Le Monde du 11 avril 2014 dans sa version électronique :

Car, même si l’époque de la construction des grands barrages hydroélectriques est révolue, du moins en France, le pompage-turbinage suscite un regain d’intérêt, en raison de l’essor des énergies renouvelables intermittentes – éolien et solaire –, qui nécessitent des moyens de stockage à grande échelle. « Les STEP sont aujourd’hui la seule solution de stockage mature dont le développement peut accompagner celui de ces filières », estime Jean-François Astolfi, directeur de la division production et ingénierie hydraulique d’EDF. Cela, de façon d’autant plus vertueuse que l’hydroélectricité est elle-même une énergie renouvelable, qui n’émet pas de CO2 et contribue donc à la lutte contre le réchauffement climatique.

Ce constat avait déjà permis la mise au niveau en 2013 de la centrale de Revin dans les Ardennes françaises qui est de l’ordre de  0,8 GW et qui est l’une des plus anciennes STEP en activité puisqu’elle remonte en 1976.

La centrale hydraulique de Revin (Ardennes). Une grande station de transfert d’énergie par pompage (STEP) avec ses deux réservoirs échelonnés. © EDF.

Toutefois, l’actualité (en vidéo) dans les Alpes françaises c’est l’agrandissement de la centrale STEP de La Coche en Savoie dans la vallée de l’Isère avec la mise en place d’une grande turbine Pelton de 240 MW.

Vue aérienne du barrage (en enrochement) hydro-électrique de la Coche lors de sa construction entre 1972 et 1975. Hauteur : 34m – Volume de retenue : 2,10 hm3 – Longueur de crête : 150 m. Tarentaise, Savoie. © EDF.

Elle fut précédée en 2016, chez nos voisins suisses, de la mise en service de la grande STEP de Linthal de 1 GW dans le canton de Glaris, la plus grande jamais construite dans la Confédération Helvétique.

Schéma de la STEP de Linthal. Canton de Glaris, Suisse. © Hydrelect.
Un barrage et une digue de la STEP de Linthal, Canton de Glaris, Suisse. Le mur de barrage de Linthal, qui retient le Muttsee le grand réservoir supérieur, mesure plus d’un kilomètre et se situe à 2500 mètres d’altitude. Par sa longueur, c’est le premier de Suisse (en vidéo). © Swissinfo.

Rappelons que la Suisse produit beaucoup plus d’énergies renouvelables – dont l’hydraulique est de loin la principale – que nous, des chiffres à rapporter à la taille des pays :  de l’ordre 65% d’hydraulique dans le mix énergétique contre les 12% produits en France en 2016. Malgré bien des opposants chez nous, l’impulsion gouvernementale du début de 2018 notamment pour faciliter l’installation de parcs éoliens en France est une tentative afin de récupérer l’ancien ou le récent  retard pris dans l’installation des énergies renouvelables par rapport à plusieurs pays européens : Suisse, Norvège, Espagne, Portugal, Allemagne, Autriche, etc.
Dans les administrations, bien de obstacles restent à franchir même là où les élus locaux sont d’accord pour l’installation des EnR. L’exemple du projet de la micro-STEP de Berrien en Bretagne qui vient d’être archivé fin 2017 est éclairant.

On écrit micro-SEPT parce qu’à Berrien on parlait d’installer 1, 5 MW contre les 11,2 MW d’El Hierro et les plusieurs centaines de MW de La Coche sans parler du 1 GW de Linthal en Suisse et du 1,8 GW de Grand’Maison. Toutefois, selon la classification en vigueur, Berrien était bien une petite centrale hydraulique car les micro-centrales sont limitées au seuil maximal de 0,5 MW.

Schéma STEP Berrien. Monts d’Arrée © Armines-Persée.

Berrien est une commune isolée, entièrement incluse dans le Parc Naturel Régional d’Armorique, car localisée dans les Monts d’Arrée au centre du Finistère mais à la vocation industrielle ancienne. Elle est limitrophe de la commune de Brenillis dont le petit réacteur nucléaire est en cours de démantèlement depuis 1985.

La rue principale du village de Berrien. Monts d’Arrée, Finistère, Bretagne. © Henri Moreau.

Les carrières à ciel ouvert de kaolinites à fort impact visuel sont en voie d’épuisement en Bretagne et, pour cette commune, elles sont déjà fermées.

Une carrière abandonnée de Berrien. Monts d’Arrée, Finistère, Bretagne.  L’altération de la kaolinite entraîne des transformations minéralogiques notamment en biotite qui libère du fer donnant un couleur rouille à certaines zones. © M. L. Gueuné, cours de SVT en ligne.

Le chômage rôde. Ainsi les Kaolins de Bretagne sont passés de 600 à 60 employés en quelques décennies sur leurs deux sites de Ploemeur, dans le département du Morbihan, et de Berrien. Ils produisent annuellement environ 280 000 tonnes de kaolin soit plus de 90 % de la production française mais c’est l’autre site, celui de Ploemeur,  qui se défend le mieux. Sur la commune de Berrien elle-même, l’exploitation pour le kaolin avait commencé en 1967. Le minerai est la kaolinite, de couleur blanchâtre, une argile provenant de l’altération mécanique ou chimique de granites, gneiss ou schistes, qui est utilisée en céramique et pour la fabrication de la porcelaine. Le minerai, la kaolinite, a cessé d’être exploité à Berrien au début de la décennie 2000. Toutefois la mise en exploitation en 1998 de la carrière de Menez Du dans la commune proche de Loqueffret permet le maintien d’une certaine activité industrielle sur le site de Berrien car le minerai extrait de cette nouvelle carrière y est acheminé, en dépit des inconvénients écologiques liés à cette exploitation.

La société exploitante est, depuis 2006, le grand groupe minier Imerys (à l’origine la Société PeñarroyaLe Nickel (SLN) qui possède aussi la concession de la carrière de Ploemeur.  Néanmoins l’avenir de cette dernière exploitation est lui-même très incertain bien que la multinationale des matières premières veuille dernièrement relancer ce site par l’ouverture de nouvelles carrières à kaolins.

Sur la commune de Berrien, des carrières il est resté un lourd héritage : des cavités dénudées et stériles à différentes altitudes dont certaines sont devenues des trous d’eau. D’où l’idée d’une micro-STEP fonctionnant en circuit fermé en transformant ces cavités en réservoirs d’eau étagés, lors du turbinage (comme sur El Hierro), avec l’apport lors des périodes ventées et ensoleillées des énergies éolienne et solaire pour le pompage. L’idée de reprendre d’anciennes cavités se retrouve sur El Hierro où la petite caldeira d’un ancien volcan devint le réceptacle du réservoir supérieur (voir la première photographie de cet article).

Les anciennes carrières à kaolins de Berrien envisagées pour devenir une micro-STEP. Monts d’Arrée, Finistère. © Tri’nerzh pour la Région Bretagne.

Démarré en avril 2014 pour une durée de 7 ans, le projet est ou était piloté par le groupe UNITe, anciennement Hydrowatt, spécialiste de la micro-hydroélectricité. Les études se font ou se firent en partenariat avec le groupe industriel multinational Imerys et le centre de recherche Armines. Elles bénéficièrent d’une aide de 2,7 millions d’euros pour un budget total de 6,7 millions d’euros sur sept ans. En tandem, un établissement public l’ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) soutint le projet. Il s’agit ou s’agissait de renforcer le réseau dans une zone, la Bretagne, sous contrainte électrique (participation au Pacte énergétique breton) ”. Ce projet a ou plutôt avait, toujours selon l’ADEME, l’ambition de “ développer une filière française proposant une solution EnR+Micro-STEP, participant au marché de capacité et offrant des services : soutien de tension, fourniture de réserve… . Il doit ou devait ainsi être “ reproductible sur d’autres friches industrielles, en particulier des carrières en reconversion, en France et à l’export ”. Pourquoi toutes ces précautions oratoires avec l’usage du présent puis du passé dans les temps des phrases précédentes ? Parce que le projet a échoué à ce jour. Je tiens cette information de M. Jean-Louis Bal, le président du SER (Syndicat des Energies Renouvelables) qui avait joint, à ma demande, des personnalités et plus précisément un responsable de l’ADEME à la fin de l’année 2017. D’abord, le projet fut retardé par l’opposition des militaires et il est connu que ces derniers sont les responsables du gel de nombreux champs éoliens au nom de leur gêne au trafic aérien et à son espace. Plus grave, fut le second obstacle qui assimila une micro-STEP, quant au champ de ses autorisations et exigences, aux grands barrages tel Grand’Maison. D’où un surcoût des études impossible à prendre en charge par une toute petite unité. Bien sûr assimiler des cavités déjà creusées par l’homme, telles des carrières ou des gravières, à un barrage voute quant au conditions de sécurité, paraît spécieux mais les tentatives de l’ADEME auprès de la DREAL Bretagne (Direction Régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement) et la DGEC (Direction Générale de l’Energie et du Climat) n’ont pas été fructueuses. C’est un peu le même combat inégal face aux autorités, par exemple celles européennes, qui tendent à placer au même niveau la pêche côtière, artisanale et durable d’El Hierro, faite avec deux personnes par embarcation elle-même mue par un vieux moteur monocylindre, à la grande pêche et aux navires-usines opérant dans le triangle maritime délimité par l’archipel des Canaries, le Maroc et la Mauritanie (en espagnol).
D’autre part et à l’inverse, le conseil municipal de Berrien n’a pas dévié de route et, fin 2017, il a émis un avis favorable à l’implantation des EnR plus précisément des éoliennes sur le territoire de la commune tandis que les carrières abandonnées, non valorisées par des plans d’eau qui seraient de plus utiles afin de produire de l’électricité à l’échelle locale, continuent de défigurer les paysages.
Dans le cadre général, l’échec de Berrien – que j’espère temporaire – ne doit pas faire oublier que le pompage-turbinage et donc les STEP sont en essor au niveau mondial car c’est l’une des manières les plus naturelles de stocker de l’énergie en s’affranchissant des batteries qui restent polluantes et d’origine fossile y compris celles au lithium. De plus, les quantités stockées sont importantes permettant d’alimenter des villes et des régions entières. Ainsi les systèmes de pompage-turbinage fourniront dans  les années prochaines plus de 10% de l’électricité produite en Suisse. La capacité de production des STEP suisses sera plus que doublée. Cela adviendra après les entrées en fonction de Linthal en 2016 et de Veytaux en 2017, dans le canton de Vaud (par les Forces motrices Hongrin-Léman), avec celle d’une autre grande installation en construction : Nant de Drance, dans le canton du Valais (réalisée par Alpiq). C’est la réponse partielle et coûteuse des Suisses à l’abandon programmé, car voté par référendum populaire, de l’énergie civile nucléaire. Le débat comme dans toujours dans le domaine de l’énergie est vif et ensuite les points de vue  sont tranchés, même chez nos voisins alpins qui sont réputés pour leur calme. Pourquoi donc ? Parce que les sommes en jeu peuvent être énormes et les choix effectués engagent au moins pour quarante années voire pour un siècle.

Schéma de la STEP en construction de Nant de Drance, Canton du Valais, Suisse. Comment ça marchera ? © Alpiq.

Sur la photographie mise en avant de cet article M. Jean-Louis Bal, le président du SER (Syndicat des Energies Renouvelables), à la fin de l’année 2017 sur le terrain soit dans la salle des pompes de la centrale STEP d’El Hierro aux Canaries. Le responsable politique de cette centrale avait reçu de ses mains et de celles de Mme Ségolène Royal, le Trophée 2015 des énergies renouvelables au siège de l’Unesco à Paris.  © Famille Bal.

 

 

 

 

Une réflexion sur “ El Hierro, La Coche, Linthal et Berrien : le stockage hydraulique de l’énergie ”

  1. Voici ma réponse au sujet du devenir du projet de la grande STEP française de Redenat en Corrèze à Alain Grandjean, économiste, associé du cabinet Carbone4 et auteur du blog Chroniques de l’Anthropocène.

    Cher Alain [Grandjean],
    Je n’avais pas repris l’idée de nouvelles grandes STEP en France pour les simples raisons que cela fait des années qu’EDF ne pousse pas à la roue et que le chantier de centrale hydro-électrique de Redenat en Corrèze (dont les études remontent aux années 1960) n’a pas pu être redémarré bien que deux anciens présidents de la république depuis 1995 aient été auparavant des élus de ce département. Dans mon dernier article, il y avait un extrait que je reprends d’un article du journal Le Monde du 11 avril 2014 dans sa version électronique :
    Car, même si l’époque de la construction des grands barrages hydroélectriques est révolue, du moins en France, le pompage-turbinage suscite un regain d’intérêt, en raison de l’essor des énergies renouvelables intermittentes – éolien et solaire –, qui nécessitent des moyens de stockage à grande échelle. « Les STEP sont aujourd’hui la seule solution de stockage mature dont le développement peut accompagner celui de ces filières », estime Jean-François Astolfi, directeur de la division production et ingénierie hydraulique d’EDF. Cela, de façon d’autant plus vertueuse que l’hydroélectricité est elle-même une énergie renouvelable, qui n’émet pas de CO2 et contribue donc à la lutte contre le réchauffement climatique.
    Ce constat était en plein accord avec la mise au niveau en 2013 de la centrale de Revin dans les Ardennes françaises qui est de l’ordre de 0,8 GW et qui est l’une des plus anciennes STEP en activité puisqu’elle remonte en 1976.
    Bref, en France le poids du nucléaire se fait toujours sentir sachant que le mauvais état des finances publiques ne permet de mettre la majorité des investissements que dans un seul panier. EDF fait certes monter en puissance de STEP existantes (telles Revin et La Coche développées dans mon article) mais l’entreprise ne démarre pas ou ne fait redémarrer aucun gros chantier (par exemple, Redenat). D’ailleurs tu lirais l’actualité du projet de la grande STEP de Redenat en Corrèze dans le journal régional du Centre de la France La Montagne en date du 21 janvier 2018.
    Cordialement
    AG

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