Quand les centrales hydrauliques libèrent du CO2

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L’eau sort en rugissant des turbines de la centrale électrique du barrage

L’eau sort en rugissant des turbines de la centrale électrique du barrage de Kariba. Elle fournit de l’électricité aux mines de cuivre situées dans le nord de la Zambie. (Photo: Manuel Kunz, Eawag)

L’énergie hydraulique est réputée neutre en carbone. Mais beaucoup de centrales situées en zone tropicale émettent de grandes quantités de gaz à effet de serre. Des scientifiques de l’Eawag ont maintenant déterminé les quantités de CO2 qui s’échappent en dessous du barrage de Kariba dans le sud de l’Afrique. À l’avenir, les bilans carbone devraient tenir compte de ces émissions jusque-là ignorées.

Le barrage de Kariba est gigantesque. C’est un véritable colosse d’un million de mètres cube de béton. Il a été construit en 1959, cinq ans avant l’indépendance de la Zambie et du Zimbabwe, qui, en tant que colonies britanniques, s’appelaient encore la Rhodésie du Nord et la Rhodésie du Sud. « Le barrage était un projet colonial qui visait à fournir de l’électricité aux mines de cuivre du Nord de la Zambie », explique Bernhard Wehrli, qui dirige le groupe de Chimie aquatique de l’Eawag.

Le barrage voûte de 24 mètres d’épaisseur à la base et de 128 mètres de haut retient les eaux du fleuve Zambèze au bout des gorges de Kariba pour former l’un des plus grands lacs artificiels du monde. Sa surface est dix fois plus importante que celle du lac de Constance. « Le barrage de Kariba est surdimensionné ; aujourd’hui, on le construirait plus petit », commente Elisa Calamita, post-doctorante au département Eaux de surface de l’Eawag. L’eau séjourne en moyenne trois ans dans le lac avant d’être envoyée dans les turbines de la centrale. Au cours de ces trois années, des processus biogéochimiques font que la matière organique se dégrade dans le lac... en formant des gaz à effet de serre, dont du CO2.

Des fluctuations en fonction des saisons et des heures du jour

Dans une étude qu’ils viennent de publier, Calamita, Wehrli et d’autres scientifiques italiens et hollandais ont déterminé pour la première fois la quantité de CO2 qui s’échappe dans l’atmosphère juste en dessous du barrage. Cette quantité dépend de deux facteurs principaux. Tout d’abord de la stratification du lac : en janvier et février de chaque année, c’est-à-dire en été dans l’hémisphère Sud, l’eau se réchauffe à la surface du lac pour atteindre jusqu’à 25 °C. Étant donné que l’eau chaude se dilate plus que l’eau froide, elle est moins dense. Elle forme donc un couvercle au-dessus des masses d’eau plus profondes où les concentrations de CO2 augmentent progressivement jusqu’à ce que, en juillet, la couche supérieure se mélange à nouveau avec la couche inférieure à 18 °C suite au refroidissement de l’air à 10 C et à la présence de vents qui favorisent le brassage.

Un autre facteur vient se surimposer sur ce rythme saisonnier. Étant donné que la demande d’électricité est plus forte entre six et dix heures du matin et entre six et huit heures du soir, la centrale turbine davantage d’eau dans ces plages horaires. Les scientifiques ont constaté que les émissions de CO2 suivaient également ce rythme journalier. « Pour moi, cela a vraiment été la grande révélation de cette étude », raconte Wehrli.

« Les données doivent être collectées sur place »

Calamita note que, jusqu’à présent, les émissions de gaz à effet de serre en aval des barrages ont été systématiquement négligées et qu’elles ne sont donc pas encore prises en compte dans les derniers bilans carbone. On estime pourtant que les émissions des barrages représentent entre deux et trois pour cent de l’empreinte carbone de l’humanité. « L’énergie hydraulique n’est pas neutre en carbone par définition », commente Wehrli. Il indique ainsi qu’en Suisse, des émissions considérables de CO2 se produisent lors de la construction des barrages. Toutefois, elles peuvent ensuite être « amorties » sur 80 ans, si bien qu’elles pèsent assez peu par rapport à celles d’une centrale thermique à charbon, par exemple. « Mais certains barrages tropicaux, comme celui de Belo Monte sur un affluent de l’Amazone, sont de véritables bombes à CO2 », ajoute Wehrli.

Même si ce n’est pas le cas du barrage de Kariba - pour lequel les émissions de méthane sont plus fortes que celles de CO2 - les mesures montrent que les résultats obtenus dans les pays industrialisés ne peuvent pas être simplement extrapolés aux réservoirs tropicaux. Elles montrent également que les fluctuations dans le temps peuvent biaiser l’évaluation des émissions de CO2 si elles ne sont pas correctement prises en compte. Il est donc important d’effectuer les observations sur des périodes assez longues. De plus, ajoute Calama, « les données doivent être collectées sur place; des efforts doivent être consentis au niveau international pour que cela reste possible ».


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