1Le stockage constitue l’un des défis majeurs pour l’utilisation pratique des énergies du futur. L’eau est souvent impliquée dans ce processus, soit par ses propriétés physico-chimiques locales, soit par son action mécanique à grande échelle. Les exploitants de centrales hydroélectriques et de barrages, au-delà de leur rôle de producteurs, ont une responsabilité dans l’équilibre économique et écologique du milieu naturel. À ce titre, ils doivent aussi assurer une utilisation rationnelle de l’eau pour les usagers et les riverains, maintenir la qualité de la ressource et en réguler les flux. La gestion de la production d’énergie hydroélectrique intervient, soit dans les installations hydrauliques classiques, soit dans des dispositifs spécifiques, les Stations de Transferts d’Énergie par Pompage (STEP*).

L’optimisation de la ressource énergétique

2Dans un site hydraulique aménagé, le stockage peut consister simplement à conserver une partie de la réserve d’eau pour l’utiliser au moment opportun. La nature recharge celle-ci par l’effet du cycle atmosphérique de l’eau (cf. I.4). Ainsi, certains groupes turboalternateurs* ne sont mis en route qu’en période de pointe de consommation de la journée. Cet usage doit tenir compte des variations climatiques, car les réserves ne sont pas immuables et fluctuent au rythme des saisons et des épisodes pluvieux ou neigeux.

3L’hydroélectricité rend possible un mode de gestion plus subtil : le recyclage d’une partie de la production pour reconstituer la réserve. Deux opérations sont alors combinées : le turbinage* (production lors la demande journalière) et le pompage* (recyclage, en général de nuit). L’énergie nécessaire au recyclage sert à maintenir la réserve pour une réutilisation ultérieure tout en répondant aux besoins ponctuels du réseau électrique (figure 1).

4Des situations typiques de pompage-turbinage existent dans le complexe de 37 centrales gérées par Électricité de France dans le secteur ouest des Pyrénées. Ce complexe est organisé autour de la centrale de Pragnères et de la retenue de Cap-de-Long (67 millions de m³). Sur ce site, les deux rives pyrénéennes du Gave de Pau communiquent entre elles par deux conduites forcées passant par la vallée et reliées au lac de Cap-de-Long, à 2 160 m d’altitude (figure 1). Alors que la superficie de son bassin versant* est de 11 km², cette retenue bénéficie ainsi des apports du bassin versant de l’ensemble du site (98 km²). Pour cela, deux stations de pompage de la rive droite sont utilisées. L'eau provenant des retenues de la rive gauche est pompée par la station principale placée à 1 700 m d'altitude sur la conduite forcée à travers un dénivelé de 900 m de haut. La deuxième relève les eaux de zones lacustres de la rive droite situées à près de 2 000 m d'altitude. Par la conjugaison de situations de turbinage de Cap-de-Long vers Pragnères et de pompage pour alimenter cette retenue selon les fluctuations de la demande, le fonctionnement de la centrale peut être continu.

Fig. 1 – Ensemble hydroélectrique de Cap-de-Long/Pragnères dans les Pyrénées. Document EDF

Les stations de transfert d’énergie par pompage

5Les STEP* sont des entités compactes utilisant en général des groupes réversibles fonctionnant au choix en turbine ou en pompe et effectuant le recyclage par pompage de l’eau après passage en turbine. Cette opération ne se fait pas sans perte d’énergie, d’où un processus d’optimisation en fonction des critères dictés par l’économie et l’écologie (figure 2).

6La principale STEP française est celle de Grand’Maison, en Isère. Dotée de deux réservoirs, elle comporte une partie extérieure (4 turbines) et une partie souterraine implantée à 70 m de profondeur (8 groupes réversibles). Cet ensemble est particulièrement performant (1,8 GW sont disponibles en seulement 3 minutes sur le réseau). Le parc de STEP représente en France une puissance installée en turbine de l’ordre de 5 GW, alors que la puissance nationale hydroélectrique installée est d’environ 25 GW. Dans ce procédé, les pertes d’énergie, essentiellement liées à la consommation des pompes, sont estimées entre 10 % et 30 %. Ce désavantage est largement compensé par des gains en souplesse et en réactivité. Certains pays possèdent des ensembles de STEP dont la puissance installée unitaire dépasse les 10 GW (Chine, USA, Japon…). Dans la plupart des grands pays européens, la situation est comparable à celle de la France.

Fig. 2 – Principe d’une STEP couplée à d’autres sources d’énergies renouvelables. Traits bleus : turbinage ; trait jaune : pompage. © E. Godet

7Les STEP maritimes (« lacs d’émeraude* ») constituent l’évolution la plus directe de la technique et plusieurs sites sont d’ores et déjà envisagés pour de tels développements. L’utilisation du littoral autorise une installation très discrète combinée à des réservoirs souterrains, ou même sous-marins. Une implantation entièrement offshore est aussi possible, malgré des pertes supplémentaires dans le transport de l’énergie électrique. Parmi les projets, le couplage à l’énergie marémotrice, utilisant déjà des groupes réversibles, est une éventualité par l’adjonction de réservoirs supplémentaires pour restituer de l’énergie lors de la marée basse.

8Les grands espoirs du pompage-turbinage concernent aujourd’hui la résolution du problème épineux de la transition énergétique*. En effet, les deux principales sources dépendantes de phénomènes renouvelables, le solaire et l’éolien (ou même l’hydrolien) sont naturellement intermittentes. Il paraît logique de les associer à des dispositifs STEP. De nombreux projets sont à l’étude pour satisfaire l’accroissement de la consommation de la planète tout en limitant l’apport du nucléaire, comme par exemple, des îles artificielles de production d’énergie combinant les trois précédentes sources.