Le bilan carbone de l'énergie hydraulique

La raison pour laquelle nous développons des énergies renouvelables dans le cadre de la transition énergétique est double. D’une part, les énergies fossiles ne sont pas durables, leur stock géologique offre une quantité finie à un coût d'extraction économiquement accessible et la forte demande mondiale risque de se traduire par une déplétion rapide des ressources en pétrole, puis en gaz puis en charbon. On observe déjà que la hausse du prix du pétrole depuis le milieu de la décennie 2000 affecte les économies, particulièrement les économies totalement dépendantes des importations comme la France.

D’autre part, la combustion des ressources fossiles (pétrole, gaz, charbon) produit des émissions de dioxyde de carbone (CO2). Ce gaz à effet de serre à longue durée de vie atmosphérique (plus d’un siècle) a pour propriété d’absorber et réemettre le rayonnement infra-rouge émis par le Terre, agissant comme une sorte de couverture qui augmente la température de la surface et de la basse atmosphère : c’est le mécanisme bien connu du réchauffement climatique.

Les sources d’énergie les plus intéressantes sont donc celles qui émettent le moins de CO2 tout au long de leur cycle de vie. Cette notion d’analyse par cycle de vie (LCA en littérature anglo-saxonne) est importante. En effet, un dispositif de production et conversion d’énergie coûte lui-même de l’énergie pour sa production, son installation, son entretien, son démantèlement. Dans la mesure où cette énergie est fossile — car le fossile reste dominant en cimenterie, métallurgie, transport, etc. —, mêmes les sources renouvelables produisent en réalité du CO2.

4 g eqCO2 par kWh produit : le meilleur bilan de toutes les énergies productrices d’électricité

Le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) a produit un rapport sur les énergies renouvelables et leur capacité à limiter la probabilité d’un réchauffement climatique dangereux à l’horizon 2050 (GIEC 2012). Ce rapport inclut notamment une synthèse de toutes les analyses cycles de vie réalisées sur les différentes formes d’énergie. Le tableau de synthèse (cliquer l’image) donne les estimations de ces travaux.

Voici donc en grammes d’équivalent-CO2 par kWh produit la valeur moyenne (50e percentile) constatée pour les différentes sources d’énergie (électrique).
Hydraulique : 4 g
Hydraulique marine : 8 g
Eolien : 12 g
Nucléaire : 16 g
Biomasse : 18 g
Solaire thermodynamique : 32 g
Géothermie : 45 g
Solaire photovoltaïque : 80 g
Gaz naturel : 469 g
Pétrole : 840 g
Charbon : 1001 g

On observe donc que l’hydraulique de fleuve et rivière possède le meilleur bilan CO2 de toutes les sources connues d’énergie électrique. Bien sûr, et sans surprise, l’hydraulique produit 250 fois moins de dioxyde de carbone que les centrales thermiques à charbon. Mais aussi 3 fois moins que les éoliennes, 4 fois moins que le nucléaire, 20 fois moins que le solaire photovoltaïque.

Il faut noter que cette estimation se fait dans le cadre de projet de novo (création de site), c’est-à-dire en incluant le coût carbone (important) de la construction du barrage béton. Quand en plus l’énergie hydraulique se contente de réinvestir un site existant (seuil de moulin ou barrage d’usine), sa charge carbone n’en est qu’améliorée.

Ce bilan carbone très favorable s’ajoute donc aux autres avantages connus de l’énergie hydro-électrique, et en particulier de la petite hydraulique que nous défendons sur notre département. Il rend décidément incompréhensible la timidité du soutien public dont bénéficie aujourd’hui cette source d’énergie — elle devrait être la première à être déployée pour atteindre dans de bonnes conditions les objectifs 2020 de 23% d’énergie produite par source renouvelable et 14% de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Son seul désavantage connu (modification du transit sédimentaire et de la circulation piscicole) peut être aisément corrigé par des aménagements ou des mesures compensatrices, lorsqu’il est avéré que l’effet est nuisible.

Référence : GIEC (2012), Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Special Report, Cambridge University Press. Voir annexe II, pp. 979 suiv. pour les modes de calcul.

Illustration : Lucy, centrale thermique charbon de Montceau-les-Mines.

Continuité écologique et manque de concertation avec les associations: le CGEDD prend acte

Le Conseil général de l’environnement et du développement durable (CGEDD) vient de publier un rapport de diagnostic sur la mise en œuvre de la continuité écologique. Ce rapport prend acte des nombreux blocages observés entre les propriétaires d’ouvrages hydrauliques et les représentants de l’autorité en charge de l’eau (DDT, Onema, Agences) ou les syndicats de rivière porteurs des SAGE.

On trouvera ci-dessous les recommandations du rapport. Parmi les points à retenir, et qui rejoignent parfaitement les observations menées par Hydrauxois, la Coordination Hydro 21 et l’OCE (voir notre dossier) :
- il existe une carence manifeste d'information sur le terrain;
- il paraît réaliste d’assouplir les délais de mise en œuvre de la continuité s’il y a des accords contractuels entre administrations et associations;
- il est indispensable de clarifier les conditions et coûts de mise en application de la continuité écologique, au regard des bénéfices attendus, et d’envisager des alternatives (par exemple gestion concertée de vannages);
- il est urgent d’évaluer l’apport de la pico- et micro-hydro-électricité (puissance de 5 à 150 kW), sa rentabilité et sa faisabilité;
- il est nécessaire que les associations impliquées dans le patrimoine et l’énergie hydrauliques soient mieux représentées et écoutées à tous les échelons, aussi bien les SAGE au niveau du bassin versant que les SDAGE sur les bassins hydrographiques ou les réunions nationales de concertation à la Direction de l’eau du ministère de l'Ecologie.

Le CGEDD reste en revanche en retrait sur d'autres problèmes observés :
- le manque de robustesse scientifique et de contrôle empirique sur bon nombre d'assertions dans le domaine de la continuité écologique;
- le défaut généralisé de mesure (et information sur la mesure) de la qualité physique, chimique et biologique de chaque masse d'eau;
- la dispersion totalement anormale des coûts d'aménagements, notamment des passes à poissons;
- l'opacité manifeste sur les bonnes pratiques d'aménagément, avec des solutions parfois acceptées sur des ouvrages / des rivières / des départements mais refusées sur d'autres.
- le rappel ferme de l'obligation de réserve et de neutralité des agents administratifs, ainsi que leur obligation de répondre aux sollicitations d'information ou de concertation dans le cadre des missions de service public.

Recommandations du CGEDD

1. La mission recommande d'engager une démarche de qualification/certification des bureaux d'études, axée sur les points suivants: définition de la compétence de l'écologue intervenant, contenu et niveau de sa formation initiale, diplômes universitaires correspondants, niveau des responsabilités assumées actuel et passé, ampleur des références « expertes » maîtrisées, méthodes et matériels utilisés, références de chantiers de réalisation. 

2. La gestion concertée et garantie des vannages paraît constituer, pour certaines rivières une solution simple et pertinente de restauration de la continuité écologique. La mission recommande d'en examiner systématiquement l'intérêt et la faisabilité dans le cadre des études préalables, et d'envisager, lorsque cela peut sembler pertinent, un programme de remise en état des vannes. Il appartient cependant à l'Onema d'en encadrer les conditions et les limites, à la fois en terme d'efficacité et de coût

3. La mission considère cependant que l'intérêt relatif des ouvrages et l'état des équipements ne justifie pas systématiquement des interventions coûteuses pour la collectivité. Par contre, il lui apparaît souhaitable de définir des critères d'appréciation partagés susceptibles de bien identifier ceux qui, de part leur intérêt patrimonial et leurs usages, méritent d'être préservés. 

4. La mission recommande la mise au point de grilles multicritères du type de celle utilisée sur le bassin de la Sèvre Nantaise comme susceptibles de constituer une base d'évaluation de l'intérêt des ouvrages, commune aux différentes parties prenantes concernées par l'aménagement de la rivière. 

5. L'attente de reconnaissance des fédérations de propriétaires paraît légitime. La mission propose qu'elle trouve une réponse au niveau d'une meilleure représentation dans certaines instances nationales, régionales (groupe de travail du Comité national de l'eau, comités de bassin et commissions locales de l'eau (CLE). Pour être fructueuse, une telle reconnaissance doit cependant induire une participation constructive de la part des associations et de leurs fédérations, indispensable au développement d'un véritable partenariat

6. La mission constate un certain blocage sur le sujet sensible de la pico hydroélectricité dont il serait souhaitable de sortir rapidement en donnant la parole aux experts reconnus, voire en diligentant les examens complémentaires nécessaires. Si un inventaire exhaustif du potentiel en matière de pico-électricité devait être lancé, la mission recommanderait la constitution d'un comité de pilotage constitué notamment de professionnels du domaine, de l'administration, de l'Onema ... en prévoyant l’exploitation des bases de données de ce dernier. L'impact environnemental au regard des engagements européens est à prendre en compte, notamment sous l'angle de l'effet cumulatif d'une succession de petits ouvrages hydroélectriques.

7. Il est recommandé à l'Onema de développer un partenariat plus institutionnel, organisé au niveau central, avec les fédérations de propriétaires de moulins. Il pourrait porter sur les thèmes suivants : explicitation des réponses scientifiques aux objections formulées par les fédérations de propriétaires ; aide à la rédaction de cahiers des charges-type pour les travaux de mise aux normes ; mise en commun de bases de données répondant aux attentes directes des propriétaires ... Cette initiative pourrait être élargie, en tant que de besoin, à des juristes. À charge pour les fédérations nationales et associations locales de relayer ces outils auprès de leurs adhérents.

8. La mission recommande à la Deb et aux services : 
- la signature rapide des arrêtés de classement des cours d'eau au titre du L214-17 CE, clés de voûte du Parce. Les conséquences doivent en être expliquées aux usagers dont les propriétaires de moulins, et faire l'objet d'une instruction complémentaire aux services insistant sur la nécessité de fixer des priorités dans les conséquences de ce classement ;
- la mise en œuvre d'un ambitieux programme de formation à l'attention des personnels en charge de l'application du Parce, sans négliger les aspects psychologique, sociologique, patrimoniaux et paysagers ;
- le rappel aux propriétaires de leurs droits et devoirs, sous la forme d'une campagne d'informations, associant si possible étroitement leurs fédérations
- un repositionnement du Parce sous la bannière des plans d'action opérationnels territorialisés (PAOT) au niveau départemental et du schéma régionale de cohérence écologique (SRCE) au niveau régional

9. La mission recommande à l'administration et à ses partenaires de mettre les notaires en capacité de remplir efficacement leur obligation d'information et de transcription dans les actes de transfert de propriété, des droits et devoirs liés à la continuité écologique, et pour cela de fournir un appui au Conseil supérieur du notariat et à son Institut de formation

10. La mission recommande de desserrer les délais de mise en conformité prévus par la loi, dès lors qu'une démarche contractuelle collective active avec les maîtres d'ouvrage est engagée. 

11. La mission suggère à l'administration (DGALN, Onema, agences de l'eau) et aux associations de mieux formaliser de manière concertée des modalités pratiques de mise en œuvre de la loi et du Parce. 

Référence : CGEDD (2013), Plan d'actions pour la restauration de la continuité écologique des cours d'eau (Parce). Diagnostic de mise en œuvre, Rapport n°008036-01

Voir aussi notre dossier complet : OCE-Coordination Hydro21 (2013), Continuité écologique en Côte d’Or

Echanges sur l'hydraulique et son potentiel

Le Siceco (Syndicat intercommunal d’énergies de Côte-d’Or) vient de publier le bilan des échanges des Assises de l’énergie en Côte-d’Or, qui se sont tenues le 25 octobre 2012 (voir notre compte-rendu). Le document n’est pas encore disponible en pdf. Deux interventions ont retenu notre attention.

Remettre en service les seuils existants

Dominique Lapôtre (Conseil régional) : « La région de Bourgogne ne dispose pas d’un fort potentiel en hydro-électricité. Il y a là un conflit d’usage entre la volonté de produire une énergie renouvelable et les préoccupations environnementales. On n’est pas en train de créer de nouveaux seuils, mais plutôt d’en effacer. Actuellement, l’hydraulique passe plutôt par la remise en service des seuils existants, là où des turbines n’étaient plus en fonctionnement »

Nous sommes d’accord avec ce point de vue de la Conseillère régionale. L’effet exact des seuils et barrages sur la qualité des milieux aquatiques reste à ce jour un sujet de recherche scientifique, dont les conclusions ne sont pas toutes robustes. En Bourgogne et particulièrement en Côte d’Or, la question prioritaire n’est pas la création de barrages, mais l’équipement énergétique et l’aménagement écologique des infrastructures existantes : barrages-réservoirs de VNF alimentant le canal de Bourgogne, réseau d’adduction d’eau potable, centaines de moulins et anciennes usines dont les seuils en rivières sont déjà en place. Il est beaucoup moins coûteux d’utiliser ce génie civil installé que de créer des sites de novo. Et cela a plus de sens du point de vue du patrimoine et de l’environnement : la fonction originelle des moulins est restaurée, leur usage régulier implique la prise en compte des équilibres sédimentaires et piscicoles.

Evaluer correctement le potentiel et les avantages
François Bellouard (Dreal) : « Il y a bien pour la région Bourgogne des objectifs de croissance de l’hydro-électricité. Ils sont de 3MW. C’est peu et il faut déjà, dans un premier temps, travailler à l’amélioration des installations existantes. 3MW correspondent à une centaine de turbines complémentaires à mettre en place. C’est vraiment très peu au regard d’une éolienne de 2 MW. Trouver ces 3MW supplémentaires est quelques chose qui est loin d’être évident (…) L’idée que l’on se fait de l’hydroélectricité par opposition à l’éolien, c’est que c’est une énergie permanente. C’est loin d’être le cas sur des petits cours d’eau. On n’est pas en région Rhône-Alpes ».

Les arguments du Directeur des études et projets à la Dreal Bourgogne appellent quelques commentaires.

• Trouver 3 MW de puissance hydraulique d’ici 2020 et pour toute la Bourgogne devrait être une chose assez aisée : pour la seule Côte d’Or, qui n’est pas le département bourguignon le plus favorisé en raison de sa position géographique de tête de bassin versant, le potentiel est probablement proche du double (voir ici). Autant dire que la micro-hydraulique peut non seulement aider à atteindre l’objectif de 2020 (23% d’énergie renouvelable), mais aussi l’objectif 2050 (80% d’énergie non carbonée).

• Il sera difficile d’améliorer les centrales en production du point de vue énergétique : en effet, les nouvelles exigences environnementales vont se traduire par des pertes de charge (grilles et exutoires de dévalaison, débit minimum biologique monté à 10% minimum du module en 2014). Une modernisation des turbines pourrait au mieux compenser cette perte. Encore faut-il que cette modernisation ait un sens : la technologie hydraulique en moyenne et grande puissance est mature, aussi est-il peu probable que les centrales EDF ou petite entreprises vendant actuellement au réseau gagnent énormément de rendement (celui-ci se situe déjà à 80-90% au débit d’équipement, il n’y a pas eu d’évolution récente notable dans les Kaplan ou Francis de chutes moyennes à basses).

• Le potentiel hydraulique est bien sûr faible par rapport au potentiel éolien. Mais l’éolien (ou aucune énergie renouvelable en particulier) ne suffit pas à atteindre les objectifs de transition énergétique. Il est donc inutile d’opposer les sources d’énergie entre elles : toutes seront nécessaires pour produire sur le territoire des substituts aux usages fossiles. Même si l’hydraulique ne représente que 1% de cette substitution, il sera opportun de le développer. D’autant que son tarif de rachat reste plus intéressant (moins cher) pour la collectivité : en terme de priorité, mieux vaut exploiter d’abord les sources d’énergie les moins chères, laissant le temps aux autres de gagner en maturité (et donc de voir leur coût de revient baisser, ce que l’on observe à rythme assez rapide pour le solaire).

• Quand elle est exploitée au fil de l’eau et non en éclusée, comme c’est le cas en Bourgogne, l’énergie hydraulique a bel et bien un caractère quasi-permanent : la turbine fonctionne tant que le débit de la rivière est au-dessus du débit d’armement. Et à la conception du dispositif pour un site particulier, on fait en sorte que cette plage de fonctionnement soit la plus large possible. En revanche, le rendement et la production de l’hydraulique varient avec le débit des rivières, donc en dernier ressort avec la pluviométrie. On ne peut bien sûr exclure des années très sèches impliquant des productions faibles.

Illustrations : barrage (eau potable) à Chamboux ; éolienne à Sombernon.

La petite hydraulique en Côte d'Or d'après la Taxe de statistique de 1921

5 MW de puissance, 22 GWh de production annuelle, l'électricité de 8000 habitants et un équivalent revenu de 2,2 millions d'euros produit sur le territoire : tel pourrait être le bilan de la micro-hydraulique en Côte d'Or si 80% des seuils et barrages exploités en 1921 (au nombre de 451 à l'époque) étaient aujourd'hui remis en service. Ces données n'incluent pas l'équipement des grands barrages-réservoirs gérés par VNF et des systèmes d'adduction d'eau potable.

Source : la Taxe de statistique de 1921

La loi du 16 octobre 1919 sur l'énergie hydraulique stipulait dans ses articles 8, 16 et 39 que les entreprises utilisant la force de l'eau devaient payer un taxe de 5 centimes par kW de puissance nominale. Cette obligation concernait les ouvrages fondés en titre aussi bien que ceux faisant l'objet d'une autorisation ou concession. Les revenus fiscaux étaient reversés pour moitié aux départements et pour moitié aux communes.

Par circulaire interministérielle du 27 février 1921, il a été demandé d'établir un relevé des taxes de perception pour toutes les usines utilisant un moteur hydraulique en dehors des eaux du domaine public. Ce relevé, appelé Taxe de statistique, a été établi dans chaque département français, puis mis à jour les années suivantes (tous les cinq ans à compter de 1922 pour les petites puissances, à revenu fiscal trop faible pour justifier une enquête annuelle, en dehors des nouvelles installations ou changement d'installations existantes ayant été signalées à l'administration par les propriétaires).

Les Archives départementales de Côte d'Or possèdent la Taxe complète de 1921 (cote SM23897). L'intérêt de ce document est qu'il renseigne avec précision les hauteurs de chute, débits et donc puissances hydrauliques brutes au droit de chaque ouvrage.

Les données des 451 sites cote-doriens
La Taxe de statistique 1921 donne une image  très précise de la capacité hydraulique du département. Les résultats confirme ce qui avait été observé par notre association sur la base de la statistique des moteurs hydrauliques de 1899 et l'analyse du catalogue détaillé d'un constructeur. Entre 1899 et 1921, le nombre de sites recensés a baissé de 568 à 451.

Nombre total de sites équipés : 451 ; Bassin de Seine : 235 ; Bassin de Loire : 21 ; Bassin du Rhône : 195

Puissance totale : 6209 kW (6,2 MW) ; Puissance Seine : 2450 kW (40%) ; Puissance Loire : 191 kW (3%) ; Puissance Rhône : 3568 W (57%) ; Puissance moyenne : 13,8 kW ; Puissance médiane : 8,8 kW ; Puissance maximale : 130 kW ; Puissance minimale : 0,7 kW

Hauteur moyenne : 2,8 m ; Hauteur médiane : 2,4 m ; Hauteur maximale : 19,7 m ; Hauteur minimale : 0,5 m

Débit moyen : 644 l/s ; Débit médian : 395 l/s ; Débit maximum : 4000 l/s ; Débit minimum : 12 l/s

Puissance des 10 rivières les plus équipées : Ouche 1356 kW ; Seine 620 kW ; Ignon 479 kW ; Tille 397 kW ; Bèze 275 kW ; Armançon 272 kW ; Ource 248 kW ; Vingeanne 243 kW ; Serein 198 kW ; Oze 156 kW.

Quelques observations
Les puissances décrites dans la Taxe de statistique de 1921 représentent une base plutôt qu'un maximum. On observe par exemple certaines anomalies : ainsi, l'usine hydro-électrique de Semur-en-Auxois est donnée à 25 kW alors qu'en 1921, elle était déjà équipée de deux turbines totalisant plutôt 100 kW. Par ailleurs, d'autres centrales beaucoup plus puissantes n'étaient pas en place lorsque la Taxe de Statistique a été publiée. Quelques exemples de centrales cote-doriennes installées au cours du XXe sècle (données de CLER 1994) : centrale d'Auxonne 700 kW ; centrale de Drambon 210 kW ; centrale d'Heuilley 689 kW ; centrale de Perigny (Belleville) 500 kW ; centrale de Saintte-Colombe-sur-Seine 400 kW ; centrale d'Arc-sur-Tille 260 kW...

Les faibles puissances moyenne (13,8 kW) et médiane (8,8 kW) indiquent que beaucoup de sites cote-doriens sont destinés à l'autoconsommation (quelques kW), par exemple la production de chauffage (ou l'alimentation de véhicules électriques). Cette caractéristique est due à l'hydrologie modeste d'une tête de bassin versant, et de faibles dénivelés en dehors de certaines zones du Morvan et des Hautes Côtes.

Le classement des rivières en liste 1 ou liste 2 n'entrave pas la restauration de sites de production. En effet, seule la construction de nouveaux sites est interdite en liste 1 (mais la remise en fonction des sites anciens est autorisée, si elle est assortie d'une mise en conformité avec la continuité écologique).

En comptant un facteur de production de 0,5 (qui intègre charge, rendement, débit réservé) et en limitant à 5 MW (20% des sites de 1921 non exploitables), on obtient une production annuelle de 22 GWh. La consommation électrique domestique est estimée à 2,75 MWh par an et par habitant (Eurostat, Insee, RTE, 2011), donc la micro-hydraulique pourrait fournir l'équivalent de la consommation de 8000 personnes. En équivalent revenu (10 c€/kWh), elle représenterait 2,2 millions d'euros produits sur le territoire chaque année.

Ces données sont importantes pour les décideurs. Elles montrent que la micro-hydraulique peut apporter une part modeste, mais réelle, à la transition énergétique dans le département.

Références
CLER (1994), Energies renouvelables en Bourgogne. Bilans et propositions. Rapport édité pour le Conseil Régional.
Ministère des Travaux publics (1921), Taxe de Statistique. Etat récapitulatif des usines existantes à la date du 31 décembre 1921.

Remerciements : nous remercions vivement M. Jean-Marie Pingault (FFAM) d'avoir recherché et copié les Taxes de statistique présentes aux Archives départementales de Côte d'Or.

Illustration : les bassins hydrographiques de Côte d'Or, carte accompagnant la mise à jour de la Taxe en 1926.