Histoire de l'énergie Hydraulique de l'Antiquité à nos jours

Sommaire

Avant la production d'électricité et pendant près de 2400 ans, de nombreux moteurs ont été inventés pour fournir l'énergie nécessaire à l'élévation de l'eau ou pour actionner des mécanismes. Les premières roues à palettes et à augets, ancêtres de nos turbines modernes, datent du deuxième siècle avant Jésus-Christ. Dans la roue à augets, ou roue de dessus, c'est le poids de l'eau qui est utilisé et non sa vitesse. Ce type de roue diminue considérablement le gaspillage de l'eau.

Historique de l'hydraulique

​La découverte et l'exploitation de la force motrice de l'eau remontent à l'Antiquité, il n'y pas de trace de cette utilisation pendant la préhistoire.​

Il n'existe aucune information sur l'origine de la première roue hydraulique, mais, il y a environ 2500 ans, l'énergie des chutes d'eau était exploitée en Asie et en Égypte. Cette première roue, à axe horizontal, devait avoir la forme d'une roue à palettes actionnée par le courant d'une rivière et servait à élever l'eau à l'aide de pots (noria). Il est à noter que des norias sont encore en service dans certaines régions du monde où elles fonctionnent en continu sans intervention humaine.

Vitruve

La roue à aubes, munie de pales, permet de créer un mouvement rotatif d'axe au départ du mouvement linéaire d'un cours d'eau.

Croquis de la machine de l'ingénieur Romain Vitruve.

Chronique des découvertes

Au début de l'ère chrétienne, l'ingénieur romain Vitruve décrivait dans l'ouvrage « De Architectura » la première turbine. L'eau, provenant d'une retenue, était conduite par une goulotte inclinée et heurtait les palettes avec une vitesse variable suivant la hauteur de la chute, une roue à axe vertical et à palettes inclinées entraînait alors un moulin à moudre.

Les moulins hydrauliques auraient été inventés dans le Croissant fertile. L'archéologue James Henry Breasted de l'université de Chicago a donné le terme de « Croissant fertile » à l'arc formé par les différentes zones d'une région du Moyen-Orient qui ressemble à un croissant. Le Croissant fertile comprend les territoires des États actuels d'Israël, de Cisjordanie, du Liban ainsi que des parties de la Jordanie, de la Syrie, de l'Irak, de l'Égypte et le sud-est de la Turquie.
Plus tard, au 4ème siècle, les Romains construisirent un grand moulin de 16 roues à augets, à Barbegal près d'Arles, qui produisait environ 2,8 tonnes de farine par jour, l'une des plus anciennes usines françaises de farine comportait une succession de moulins à eau actionnés par deux rangées parallèles de roues qui étaient mues par une cascade de dix-huit mètres et alimentées par un aqueduc long de dix kilomètres.

• En 260 après Jésus-Christ, une scierie hydraulique était établie dans une marbrerie sur la Moselle.
• À partir du Moyen Age, la force motrice de l'eau va être de plus en plus employée par les scieries, les moulins à céréales. Les premiers moulins étaient à roue horizontale. C'est grâce aux moulins hydrauliques et à l'arbre à cames que les manufactures pourront se mécaniser au Moyen Age. La came va permettre par exemple d'écraser mécaniquement la matière première du papier et du textile, le chanvre ou marteler le fer. La roue hydraulique est aussi le moteur du moulin à papier, de la scie mécanique, de la remonte dans les mines, de la pompe aspirante. L’industrie tout entière est mue par la roue du moulin à eau, l’invention de la machine de Watt mettra fin à cette technique.
• Au 19e siècle, Benoist de Fourneyron (1802-1867) un brillant inventeur et industriel français né à Saint-Étienne, inventait la première turbine à eau qui servait à entraîner une roue. Une cascade d'eau chutait d'une hauteur de 112 mètres et arrivait alors à une vitesse de 46 mètres par seconde sur une roue inclinée qui délivrait alors une puissance de 45 kW.
• Entre 1869 et 1877, Gramme mettait au point la dynamo, puis les alternateurs.
• En 1892, Boucherot et Blondel étudiaient le coulage entre alternateurs permettant de produire industriellement de l'électricité à partir de l'énergie mécanique.
• En 1885, Gaulard et Gibbs, inventaient le transformateur électrique permettant de transporter l'électricité sur de longues distances.
• Entre 1920 et 1940, plus de cinquante barrages seront édifiés.
• En 1946, la création de l'Électricité de France permettra de dégager des moyens financiers considérables et de planifier l'aménagement hydraulique du pays.
• en 1960, 56 % de la production française d'électricité était d'origine hydraulique.
• En 1994, la production d'origine hydraulique tombe à seulement 17 % de la production française d'électricité.
• En 2006, mise en place d'une politique de biodiversité d'EDF
• En 2007, 12 % (70Téra watts heure).
• En 2008, les 447 aménagements hydroélectriques exploités par EDF participent à la sécurité d’approvisionnement du pays, ils contribuent à permettre au Groupe de produire en France environ 12 % de son électricité sans émission de CO2. La France a une capacité de production de 70 TWh par an en moyenne. Bien que l’on constate une augmentation de + 4,6 TWh en 2006 soit 60,9 TWh, le niveau reste assez bas depuis la chute importante de 8,6 TWh en 2005 soit 56,3 TWh.
• En 2018, la production hydroélectrique a atteint 68,3 TWh. Source Bilan électrique 2018 RTE, février 2019 (PDF relatif à l'hydraulique figurant sur les pages 29 puis 40 à 43).

Pourtant parmi toutes les énergies renouvelables, l'hydroélectricité est la seule à être exploitée à grande échelle, et ceci, dans le monde entier. En effet, elle représente 18 % de la production électrique mondiale contre 64 % pour les combustibles fossiles (charbon, pétrole, etc.), 17 % pour le nucléaire et 0,5 % pour les centrales géothermiques.

À la différence de l'électricité, que l'on ne peut pas stocker, l'eau, en revanche, peut être accumulée (EDF accumule ainsi 7 milliards de m3 soit les ¾ des réserves d'eau en France).

Cette énergie accumulée est facilement mobilisable : la centrale de Grand Maison dans les Alpes peut, par exemple, fournir en une dizaine de minutes 1 800 MW, l’équivalent en puissance de deux réacteurs nucléaires. Cette souplesse de fonctionnement permet d'ajuster en permanence la production aux variations de la demande et fait de l'hydroélectricité le régulateur du réseau électrique français, indispensable lors de brusques variations de la consommation globale.

Pour les particuliers

Peut-on produire sa propre électricité si l'on a la chance d'avoir un petit cours d'eau ?

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