L’hydroélectricité est la plus ancienne source d’électricité renouvelable, et toujours la plus importante. Le soleil évapore l’eau, qui retombe en pluie et en neige sur les reliefs ; une centrale hydraulique convertit l’énergie potentielle de cette eau en électricité avec un rendement supérieur à 90 %, mieux que tout autre moyen de production. Elle offre aussi ce que le solaire et l’éolien ne peuvent fournir seuls : une énergie stockée, mobilisable à la demande. Dans l’autre colonne du bilan, les barrages transforment les rivières, déplacent des populations et sont toujours plus exposés à la sécheresse. Ce guide couvre la physique, les principales technologies, les coûts, et dresse un bilan honnête de l’impact environnemental.
L’hydroélectricité dans le mix mondial
L’hydroélectricité a produit environ 4 435 TWh en 2025, soit près de 14 % de l’électricité mondiale (Ember / Our World in Data). Dans les années 2000, sa part atteignait 16–17 % ; les autres sources ont depuis progressé plus vite. La puissance installée avoisine 1 400 GW (IHA), auxquels s’ajoutent environ 190 GW de STEP.
| Pays | Part de l’hydraulique dans l’électricité (2025) | Remarques |
|---|---|---|
| Paraguay | ~99 % | Itaipú (14 GW, partagé avec le Brésil) |
| Norvège | ~90 % | Réservoirs en montagne ; exporte de la flexibilité |
| Islande | ~71 % (2024) | Le reste est géothermique |
| Canada | ~53 % | Québec, Colombie-Britannique, Manitoba |
| Brésil | ~52 % | Contre ~80 % autrefois, à mesure que l’éolien et le solaire progressent |
| Suède | ~40 % | Aux côtés du nucléaire et de l’éolien |
| Roumanie | ~24 % | Portes de Fer sur le Danube |
| Chine | ~13 % | Premier producteur mondial ; Trois-Gorges 22,5 GW |
| États-Unis | ~5 % | Nord-Ouest Pacifique |
Données : Ember / Our World in Data, dernière année disponible. La Chine produit à elle seule environ 30 % de l’hydroélectricité mondiale. Parcourez les pays dans les fiches pays et l’emplacement des centrales sur la carte des centrales électriques.
La physique : hauteur de chute, débit et rendement
La puissance qu’on peut tirer d’une eau qui tombe dépend de deux choses : la hauteur de sa chute (la hauteur de chute, en mètres) et la quantité qui tombe chaque seconde (le débit, en m³/s).
ρ = 1,000 kg/m³ (masse volumique de l’eau), g = 9.81 m/s² Q = débit (m³/s), H = hauteur de chute nette (m), η = rendement global (0.7–0.92)
Règle pratique : P (kW) ≈ 9.81 × Q × H × η Énergie annuelle (kWh) = P × 8,760 × facteur de charge
La chute nette correspond au dénivelé brut moins les pertes par frottement dans la conduite forcée, qui absorbent en général 5 à 15 % de la chute brute. Le rendement global combine celui de la turbine (85–95 % pour les grosses unités), de l’alternateur (95–98 %) et du transformateur.
Exemple chiffré : une petite centrale au fil de l’eau
Une rivière de montagne fournit un débit d’équipement de 4 m³/s. Une prise d’eau le dérive dans une conduite forcée de 1,8 km jusqu’à une usine située 85 m plus bas. Les frottements coûtent 8 %, ce qui laisse une chute nette de 78 m. Le rendement global vaut 0,86.
- P = 9,81 × 4 × 78 × 0,86 ≈ 2 630 kW (2,6 MW)
- Avec un facteur de charge de 45 % (les débits varient selon les saisons) : 2 630 × 8 760 × 0,45 ≈ 10,4 GWh par an, de quoi alimenter environ 3 000 à 4 000 foyers européens.
- CO₂ évité par rapport au réseau moyen de l’UE : de l’ordre de 2 500 à 3 000 t par an.
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Les types de turbines
La hauteur de chute et le débit dictent le choix de la turbine :
| Turbine | Plage de chute | Débit | Usage habituel | Rendement maximal |
|---|---|---|---|---|
| Pelton (à action) | 50–1 800 m | Faible | Aménagements alpins et de montagne, microcentrales | 90–93 % |
| Turgo (à action) | 30–300 m | Faible à moyen | Petite hydraulique | 85–90 % |
| Francis (à réaction) | 10–700 m | Moyen à élevé | La plupart des grands barrages (Trois-Gorges, Itaipú) | 93–95 % |
| Kaplan / hélice (à réaction) | 2–40 m | Élevé | Rivières de basse chute, fil de l’eau | 90–94 % |
| Crossflow (Banki) | 2–100 m | Faible à moyen | Microcentrales, construction simple | 75–85 % |
| Vis d’Archimède | 1–10 m | Moyen | Seuils, sites ménageant les poissons | 75–85 % |
Les types de centrales hydroélectriques
- Centrales de lac (à réservoir). Un barrage stocke l’eau pendant des semaines, voire des années : la production peut donc être programmée pour suivre la demande. C’est ce qui en fait la renouvelable flexible la plus précieuse. Exemples : Hoover, Itaipú, les réservoirs des hauts plateaux norvégiens.
- Fil de l’eau. Peu ou pas de stockage : la production suit le débit naturel. Impact environnemental moindre, mais aucune flexibilité.
- STEP (stations de transfert d’énergie par pompage). Elles pompent l’eau vers le haut quand l’électricité est bon marché et turbinent quand elle est chère, avec un rendement aller-retour de 70 à 85 %. Elles représentent plus de 90 % de la capacité mondiale de stockage d’électricité en énergie. Dimensionnez un projet avec le calculateur de STEP.
- Hydroliennes fluviales, petite et micro-hydraulique. Moins de 10 MW (petite hydraulique) ou de 100 kW (micro), souvent hors réseau.
Les coûts
L’hydroélectricité est très capitalistique, liée à des sites précis et extrêmement durable. Les turbines fonctionnent 30 à 50 ans avant rénovation ; barrages et galeries durent un siècle ou plus.
| Indicateur | Fourchette habituelle |
|---|---|
| Coût d’installation, grande hydraulique | 1 500–3 500 $/kW (moyenne mondiale pondérée IRENA ~2 800 $/kW ces dernières années) |
| Coût d’installation, petite hydraulique | 1 500–6 000 $/kW |
| Facteur de charge | 30–60 % (moyenne mondiale ~40–45 %) |
| LCOE, grande hydraulique neuve | ~0,04–0,10 $/kWh (moyenne mondiale pondérée IRENA ~0,06–0,07 $ ces dernières années) |
| LCOE, centrales existantes amorties | 0,01–0,03 $/kWh |
| Durée d’exploitation | 50–100 ans et plus |
Les vieux barrages fournissent souvent l’électricité la moins chère d’un réseau. Les nouveaux mégaprojets sont une autre histoire : une étude d’Oxford portant sur 245 grands barrages (Ansar et al., 2014) a relevé des dépassements de coûts de 96 % en moyenne et des retards de 44 %. Testez la rentabilité avec le calculateur de LCOE.
L’hydroélectricité, source de flexibilité pour le réseau
À mesure que l’éolien et le solaire se développent, la flexibilité de l’hydraulique vaut davantage que l’énergie qu’elle produit. Les centrales de lac passent de zéro à pleine puissance en quelques minutes, apportent inertie et réglage de fréquence, et déplacent l’énergie d’un jour à l’autre ou d’une saison à l’autre. Grâce aux interconnexions avec l’Allemagne, le Royaume-Uni, le Danemark et les Pays-Bas, le parc hydraulique norvégien sert de « batterie » à l’Europe du Nord. Ajouter des pompes ou des turbines supplémentaires à des réservoirs existants (« repowering ») coûte souvent moins cher que de construire de nouveaux barrages. Voir Les technologies de stockage d’énergie comparées.
Le bilan environnemental et social
Émissions. La plupart des centrales hydroélectriques émettent 4 à 30 g CO₂e/kWh sur leur cycle de vie. Les réservoirs qui noient de la végétation sous climat chaud font exception : en se décomposant, la matière organique peut libérer d’importantes quantités de méthane. La fourchette du GIEC va d’environ 1 à plus de 2 000 g CO₂e/kWh. Une synthèse de Deemer et al. (2016) estime que la surface des réservoirs émet environ 1 Gt CO₂e par an dans le monde, surtout sous forme de méthane. Les pires sont les réservoirs tropicaux peu profonds à faible densité de puissance (beaucoup de surface par MW).
Rivières et écosystèmes. Les barrages fragmentent les cours d’eau, bloquent la migration des poissons, retiennent les sédiments (privant ainsi les deltas en aval, comme ceux du Nil et du Mékong) et modifient la température et le régime des eaux. Seul un tiers environ des longs fleuves de la planète coule encore librement (Grill et al., Nature, 2019). Passes à poissons, débits réservés et chasses de sédiments limitent les dégâts sans les supprimer.
Populations. Les grands barrages ont déplacé entre 40 et 80 millions de personnes dans le monde selon les estimations (Commission mondiale des barrages, 2000), dont plus de 1,3 million pour les Trois-Gorges. Partage des bénéfices et consentement libre, préalable et éclairé sont désormais la norme sur le papier, mais appliqués de façon inégale.
Sûreté. Les ruptures de barrage sont rares mais catastrophiques. Celle de Banqiao, en Chine, a fait des dizaines de milliers de morts en 1975. À Derna, en Libye, la rupture en 2023 de deux barrages construits à d’autres fins que l’hydroélectricité a fait des milliers de morts.
Le risque climatique : la sécheresse
L’hydroélectricité dépend de la pluie et de la neige, que le réchauffement rend moins prévisibles :
- 2021–2022 : la pire sécheresse en 90 ans a contraint le Brésil à recourir à une production thermique coûteuse.
- 2022 : le Sichuan, en Chine, qui tire environ 80 % de son électricité de l’hydraulique, a rationné le courant pendant une canicule record. La production hydroélectrique a fortement chuté en Italie, en Espagne, au Portugal et en France.
- 2023–2024 : la production hydroélectrique mondiale a fléchi en 2023 à cause des sécheresses en Chine, au Mexique et ailleurs. En 2024, le bas niveau du lac Kariba a provoqué de graves coupures en Zambie et au Zimbabwe.
L’éolien et le solaire atteignent souvent leur pic à d’autres saisons que l’hydraulique : les ajouter réduit donc ce risque.
La modernisation, une occasion négligée
Selon l’AIE, les centrales hydroélectriques d’Amérique du Nord et d’Europe ont en moyenne plus de 40 à 50 ans, et beaucoup devront subir une rénovation lourde dans la décennie. Moderniser les sites existants peut ajouter beaucoup de production pour un impact environnemental supplémentaire faible :
- Nouvelles roues et nouveaux alternateurs. Remplacer des turbines conçues dans les années 1950 à 1970 par des modèles modernes optimisés par ordinateur augmente en général le rendement de 2 à 5 points et la puissance de 5 à 30 %.
- Ajouter du pompage. Transformer une centrale de lac classique en STEP, ou installer une pompe-turbine entre deux réservoirs existants, crée du stockage sans nouveau barrage. Plusieurs projets alpins et ibériques le font.
- Groupes à vitesse variable. Les machines à double alimentation ou à convertisseur pleine puissance permettent aux STEP de moduler en continu leur puissance de pompage : elles peuvent ainsi participer au réglage de fréquence même en consommant.
- Équiper les barrages non producteurs. Des milliers de barrages construits pour l’irrigation, la navigation ou la protection contre les crues ne produisent aucune électricité. Le ministère américain de l’Énergie estime qu’équiper de turbines les barrages américains existants qui n’en ont pas pourrait ajouter environ 12 GW de puissance.
- Exploitation numérique. De meilleures prévisions d’apports et une programmation calée sur les marchés tirent davantage de valeur de la même eau.
L’AIE prévient que, faute de modernisation, les centrales vieillissantes seront moins disponibles au moment précis où les réseaux auront le plus besoin de leur flexibilité. Comparez la rentabilité avec le calculateur de LCOE.
D’où viendra la croissance
L’AIE s’attend à ce que la majeure partie des nouvelles capacités hydroélectriques voie le jour en Asie, en Afrique et en Amérique latine, qui disposent encore d’un vaste potentiel technique inexploité. L’Afrique n’utilise qu’environ 10 % de son potentiel économique. En Europe et en Amérique du Nord, la croissance viendra surtout de la modernisation, des STEP et de petits ajouts sur des barrages existants. Le projet chinois de Yarlung Tsangpo (Medog), 60 GW, en construction depuis 2025, sera le plus grand du monde.
Microcentrale : l’électricité d’un ruisseau
Pour les maisons, fermes et villages qui disposent d’un cours d’eau, une microcentrale peut fournir plus d’énergie par euro que toute autre renouvelable, car elle produit jour et nuit. Un site offrant 20 m de chute et 20 l/s (0,02 m³/s) donne environ 9,81 × 0,02 × 20 × 0,6 ≈ 2,4 kW, soit quelque 15 000 à 20 000 kWh par an, plusieurs fois la consommation d’un foyer type. Vérifiez le débit minimal sur toute l’année, les autorisations de prélèvement et de protection des poissons, les grilles de la prise d’eau et la façon dont vous évacuerez les débris. Estimez votre propre site avec le calculateur de microcentrale hydroélectrique.
Ce qu’il faut retenir
L’hydroélectricité est le socle de nombreux réseaux parmi les plus propres du monde : ses centrales durent très longtemps, coûtent peu à exploiter et offrent une flexibilité sans équivalent. Ses défauts : des sites limités, des coûts initiaux élevés, des dégâts écologiques et sociaux, et une exposition croissante à la sécheresse. Sur un réseau bâti autour de l’éolien et du solaire, l’hydraulique existante et les STEP prennent de la valeur comme partenaires flexibles. Comparez des réseaux riches en hydraulique comme la Norvège et le Brésil sur la carte mondiale de l’énergie.
Calculateurs sur ce sujet
Questions fréquentes
Quelle part de l’électricité mondiale vient de l’hydroélectricité ?
Comment calcule-t-on la puissance hydroélectrique ?
L’hydroélectricité est-elle décarbonée ?
Quelle différence entre centrale au fil de l’eau et centrale de lac ?
Puis-je installer une microcentrale hydroélectrique chez moi ?
Quel est l’effet du changement climatique sur l’hydroélectricité ?
Sources et références
- IEA (2021). Hydropower Special Market Report
- IRENA : Renewable Power Generation Costs in 2024
- International Hydropower Association : World Hydropower Outlook 2025
- IPCC AR5 WGIII Annex III : émissions sur le cycle de vie des technologies de production d’électricité
- Deemer, B. R. et al. (2016). Greenhouse gas emissions from reservoir water surfaces: a new global synthesis. BioScience 66(11)
Les chiffres de ce guide sont des fourchettes habituelles tirées des sources ci-dessus ; les vôtres dépendent du lieu, des prix et du matériel. Utilisez les calculateurs proposés pour une estimation propre à votre site.