Les plus grandes centrales électriques du monde

• Introduction
• Chapitre 1 Le barrage des Trois Gorges : Dompter le fleuve Yangzi
• Chapitre 2 Barrage d'Itaipu : Un colosse binational
• Chapitre 3 Barrage de Xiluodu : Alimenter le transfert d'énergie ouest-est de la Chine
• Chapitre 4 Barrage de Baihetan : Un nouveau géant sur le fleuve Jinsha
• Chapitre 5 Barrage de Belo Monte : Exploiter la puissance de l'Amazone.
• Chapitre 6 Barrage de Guri : La centrale hydroélectrique Simón Bolívar.
• Chapitre 7 Barrage de Wudongde : Une étape marquante dans la construction de barrages
• Chapitre 8 Barrage de Tucuruí : Le premier grand projet hydroélectrique de l'Amazonie brésilienne.
• Chapitre 9 Barrage de Grand Coulee : La fierté du fleuve Columbia
• Chapitre 10 Barrage de Xiangjiaba : Un acteur clé de l'expansion hydroélectrique de la Chine
• Chapitre 11 Barrage de Longtan : Une réussite monumentale sur le fleuve Hongshui
• Chapitre 12 Centrale nucléaire de Kashiwazaki-Kariwa : La plus grande centrale nucléaire au monde par puissance électrique nette
• Chapitre 13 Centrale nucléaire de Bruce : Le fleuron nucléaire du Canada
• Chapitre 14 Centrale nucléaire de Hanul : La pierre angulaire de l'énergie nucléaire de la Corée du Sud.
• Chapitre 15 Centrale nucléaire de Hanbit : Un élément vital du réseau énergétique de la Corée du Sud
• Chapitre 16 Centrale nucléaire de Yangjiang : La capacité nucléaire croissante de la Chine.
• Chapitre 17 Centrale nucléaire de Qinshan : L'aube de l'énergie nucléaire en Chine continentale.
• Chapitre 18 Barrage de Saïano-Chouchensk : Le plus grand producteur hydroélectrique de Russie
• Chapitre 19 Barrage de Krasnoïarsk : Un symbole de l'industrialisation de la Sibérie.
• Chapitre 20 Centrale Robert-Bourassa : La plus grande centrale souterraine au monde.
• Chapitre 21 Centrale de Churchill Falls : Exploiter la puissance de la nature sauvage du Labrador.
• Chapitre 22 Barrage de Bratsk : Une icône de la rivière Angara
• Chapitre 23 Barrage d'Oust-Ilimsk : Une prouesse d'ingénierie de l'ère soviétique
• Chapitre 24 Barrage de Bogoutchany : Un ajout moderne à la cascade de l'Angara
• Chapitre 25 Centrale électrique et de dessalement de Jebel Ali : Étancher la soif de Dubaï en eau et en électricité

La civilisation humaine, dans son parcours en constante accélération, est fondamentalement une histoire d'énergie. Pendant la majeure partie de notre histoire, la source principale de puissance était le muscle, alimenté par la lente conversion de la lumière du soleil en plantes, puis en calories. Le rythme de la vie était dicté par le lever et le coucher du soleil et l'endurance de la chair et des os. L'invention du feu fut un moment charnière, débloquant de nouvelles sources alimentaires et permettant la métallurgie naissante, mais l'échelle de la puissance restait intimement humaine. Cette réalité commença à basculer de façon spectaculaire avec la Révolution industrielle, une période qui vit l'humanité apprendre à libérer l'énergie enfermée depuis des millions d'années dans les restes comprimés de la vie ancienne. Soudain, les limites du muscle furent brisées. Les machines à vapeur, alimentées par le charbon, commencèrent à propulser usines et transports, remodelant fondamentalement les sociétés et les économies.

Cette révolution fut suralimentée par les découvertes de pionniers comme Alessandro Volta, qui développa la première pile électrique, et Michael Faraday, dont les travaux sur l'induction électromagnétique posèrent les bases du générateur électrique. La capacité à générer et transmettre l'électricité fut transformatrice. La construction par Thomas Edison de la première centrale électrique au monde à New York en 1882 fut un événement marquant, alimentant initialement quelques centaines d'ampoules mais annonçant une nouvelle ère. La demande d'électricité croît de façon exponentielle, entraînant la création de vastes réseaux électriques et de centrales toujours plus grandes pour les alimenter. Cette demande insatiable a conduit à une réalité vertigineuse : l'humanité a consommé plus d'énergie depuis 1950 que pendant les près de 12 000 années qui l'ont précédée, un essor alimenté massivement par les combustibles fossiles. Ce livre traite des monuments colossaux de cet âge de l'énergie — les plus grandes centrales électriques du monde.

Pour entamer ce voyage, il est d'abord nécessaire de définir ce que nous entendons par « plus grande ». Une centrale électrique, au fond, est une installation industrielle qui convertit une source d'énergie — qu'il s'agisse de la force cinétique de l'eau qui tombe, de la chaleur issue de la combustion d'un combustible, ou de l'énergie libérée par la fission d'atomes — en puissance électrique. Cela est le plus souvent accompli à l'aide d'un générateur, une machine qui transforme l'énergie mécanique en électricité. Le terme « plus grande » dans ce contexte fait référence à la capacité de production installée d'une centrale. Il s'agit de la quantité maximale d'électricité qu'une centrale peut produire dans des conditions idéales, spécifiées par le fabricant. Elle est généralement mesurée en mégawatts (MW) ou, pour les titans présentés dans ce livre, en gigawatts (GW). Un gigawatt est une unité de puissance stupéfiante, équivalente à un milliard de watts. Pour mettre cela en perspective, un seul gigawatt suffit à alimenter une grande ville industrielle.

Il est important de distinguer la capacité installée de la production réelle d'électricité. Si la capacité est la production maximale potentielle, la production est la quantité d'électricité qu'une centrale génère sur une période donnée, mesurée en mégawattheures (MWh) ou en gigawattheures (GWh). Une centrale fonctionne rarement à sa pleine capacité tout au long de l'année en raison de facteurs comme la maintenance, la disponibilité du combustible ou les fluctuations de la source d'énergie, telles que les variations du débit des rivières ou les périodes sans vent. Cependant, la capacité installée reste la mesure la plus efficace et la plus largement utilisée pour comparer l'ampleur pure de ces béhémoths d'ingénierie, reflétant l'investissement immense, l'ambition et la prouesse technologique nécessaires à leur construction.

La majorité des centrales de ce livre sont des géants de l'hydroélectricité, et pour de bonnes raisons. Exploiter la puissance de l'eau est l'une des plus anciennes formes de conversion d'énergie, mais les barrages hydroélectriques modernes opèrent à une échelle qui aurait été inimaginable pour nos ancêtres. Le principe est élégant dans sa simplicité : un barrage est construit pour retenir l'eau d'une rivière, créant un vaste réservoir. Ce processus convertit l'énergie cinétique de la rivière qui s'écoule en énergie potentielle stockée dans l'immense masse d'eau calme derrière le barrage. Lorsque l'électricité est nécessaire, des vannes s'ouvrent et la gravité entraîne l'eau vers le bas à travers d'énormes tuyaux appelés conduites forcées. La force immense de cette eau qui tombe fait tourner les pales d'une turbine, convertissant l'énergie potentielle à nouveau en énergie mécanique. Cette turbine est connectée à un générateur, qui produit alors de l'électricité. L'eau, ayant accompli son travail, s'écoule à nouveau dans la rivière du côté aval.

L'échelle des plus grands projets hydroélectriques du monde est difficile à concevoir. Ils exigent le barrage des rivières les plus puissantes du monde, l'excavation de millions de mètres cubes de terre et de roche, et le coulage de volumes de béton inimaginables. Ces projets sont presque exclusivement entrepris par des nations, non par des entreprises, car ils représentent des investissements nationaux monumentaux et forment souvent l'épine dorsale des plans de développement industriel et économique d'un pays. Ce sont des moteurs de progrès, fournissant des quantités massives d'énergie fiable et propre. Beaucoup des plus grandes centrales jouent un rôle crucial dans ce qu'on appelle l'énergie de base. L'énergie de base est le niveau minimum de demande d'électricité sur un réseau sur une période de 24 heures ; c'est l'énergie constante et stable nécessaire pour faire fonctionner la société en permanence. Les grandes installations hydroélectriques, au charbon et nucléaires sont souvent idéales pour ce rôle car elles sont conçues pour fonctionner en continu pendant de longues périodes.

Cette tournée mondiale de la puissance nous mènera au cœur de l'Amérique du Sud, où le Brésil et ses voisins ont dompté l'immense puissance des fleuves Amazone et Paraná. Nous traverserons les paysages accidentés du Canada et des États-Unis, où des fleuves emblématiques comme le Columbia et ceux de la nature sauvage du Labrador et du Québec furent exploités pour alimenter un continent en croissance. Nous passerons un temps considérable dans la vaste étendue sibérienne de la Russie, à explorer la cascade de l'Angara, une série de barrages colossaux construits à l'ère soviétique pour alimenter l'industrialisation. Pourtant, aucun pays n'a poursuivi le développement de méga-barrages avec la même intensité et à la même échelle que la Chine moderne. Dans sa quête pour alimenter sa croissance économique sans précédent, la Chine s'est lancée dans une entreprise de construction de barrages d'envergure historique, principalement le long du puissant fleuve Yangtsé et de ses affluents, créant une série des centrales hydroélectriques les plus puissantes de la planète.

La deuxième catégorie de géants de la puissance que nous explorerons est le nucléaire. Alors que les centrales hydroélectriques exploitent l'immense puissance gravitationnelle de l'eau, les centrales nucléaires puisent dans l'énergie enfermée au cœur même des atomes. Ces installations fonctionnent sur un principe similaire aux centrales thermiques conventionnelles : elles utilisent la chaleur pour créer de la vapeur, qui entraîne ensuite une turbine connectée à un générateur. La différence cruciale réside dans la source de cette chaleur. Au lieu de brûler des combustibles fossiles, les centrales nucléaires utilisent un processus appelé fission nucléaire. Dans un réacteur nucléaire, des pastilles de combustible à l'uranium, généralement disposées en longs crayons de combustible, sont immergées dans l'eau à l'intérieur d'une cuve de réacteur. Des neutrons sont tirés sur les atomes d'uranium, les faisant se scinder. Cette scission, ou fission, libère une quantité phénoménale d'énergie sous forme de chaleur, ainsi que d'autres neutrons, qui vont à leur tour scinder d'autres atomes, créant une réaction en chaîne autosoutenue.

Cette chaleur intense fait bouillir l'eau, produisant de la vapeur à haute pression qui fait tourner les turbines pour générer de l'électricité. Le processus est méticuleusement contrôlé par des barres de contrôle, qui peuvent être insérées dans le cœur du réacteur pour absorber les neutrons et ralentir ou arrêter la réaction. L'ensemble du réacteur est enfermé dans un épais bouclier en béton pour empêcher les radiations de s'échapper. Ce qui rend l'énergie nucléaire si puissante, c'est son incroyable densité énergétique. Une seule petite pastille de combustible à l'uranium peut produire la même quantité d'énergie que 568 litres de pétrole. Cela permet aux centrales nucléaires de générer d'énormes quantités d'énergie à partir d'une quantité relativement faible de combustible, ce qui en fait des fournisseurs exceptionnellement fiables d'électricité de base. Les plus grandes centrales nucléaires, comme celles du Japon, du Canada et de Corée du Sud, sont de vastes complexes, consistant souvent en plusieurs réacteurs sur un même site, travaillant de concert pour produire un flux constant d'électricité sans carbone, 24 heures sur 24.

Notre exploration nous mènera également vers un type de centrale unique et vital, né de la nécessité de la vie dans l'un des environnements les plus extrêmes du monde. Dans le paysage aride des Émirats arabes unis, où l'eau douce est bien plus précieuse que le pétrole, nous trouvons la centrale combinée de production d'électricité et de dessalement. La centrale électrique et de dessalement de Jebel Ali est un témoignage de l'ingéniosité humaine face aux limitations environnementales. C'est un type de centrale thermique qui brûle principalement du gaz naturel. Le processus commence dans une turbine à gaz, où de l'air comprimé est mélangé au combustible et enflammé, produisant des gaz chauds qui font tourner une turbine pour générer de l'électricité. C'est le premier cycle, ou cycle « simple ».

Cependant, l'innovation d'une centrale à cycle combiné réside dans ce qui se passe ensuite. La chaleur d'échappement de la turbine à gaz, qui serait autrement gaspillée, est captée par un générateur de vapeur à récupération de chaleur. Ce dispositif utilise la chaleur captée pour faire bouillir l'eau et créer de la vapeur, qui entraîne ensuite une seconde turbine à vapeur, générant de l'électricité supplémentaire. Ce processus en deux étapes augmente considérablement l'efficacité de la centrale, produisant jusqu'à 50 % d'électricité en plus à partir de la même quantité de combustible comparé à une centrale à cycle simple. Mais le génie de la centrale de Jebel Ali ne s'arrête pas là. L'immense chaleur et la puissance générées sont également utilisées pour une installation de dessalement colocalisée. Ici, l'eau de mer est transformée en eau potable grâce à des procédés comme la distillation flash à étages multiples, qui utilise la chaleur pour évaporer l'eau de mer puis la condenser en eau douce, et l'osmose inverse, qui utilise une haute pression pour forcer l'eau de mer à travers des membranes qui filtrent le sel. Dans un pays de pénurie, cette unique installation fournit deux des commodités les plus essentielles à la vie moderne : l'électricité et l'eau propre.

Ce livre vous guidera à travers ces cathédrales de la puissance. Nous nous rendrons sur les rivières, les côtes et les plaines où elles se dressent, explorant l'histoire de leur création, les défis d'ingénierie monumentaux rencontrés lors de leur construction, et l'échelle pure, vertigineuse, de leurs opérations. Des barrages colossaux qui ont remodelé des paysages entiers aux cœurs de réacteurs nucléaires conçus avec précision, en passant par les centrales innovantes à double usage qui font fleurir des villes du désert, ce sont les installations qui alimentent notre monde. Elles sont symboles de fierté nationale, moteurs de croissance économique, et manifestations physiques de la quête sans fin de l'humanité pour dompter les forces fondamentales de la nature. Notre voyage commence sur les rives du troisième plus long fleuve du monde, où le moteur d'électricité le plus puissant de la planète se dresse comme un témoignage de cette quête de puissance : le barrage des Trois Gorges.

Depuis des millénaires, le fleuve Yangtsé, la plus longue voie d'eau d'Asie, a été à la fois le berceau de la civilisation chinoise et une force de la nature redoutable et imprévisible. Connu en Chine sous le nom de Chang Jiang, ou « Long Fleuve », il s'écoule du plateau tibétain jusqu'à la mer de Chine orientale, un parcours de près de 6 300 kilomètres qui a nourri d'immenses plaines agricoles et vu naître de grandes cités. Pourtant, cette artère vitale a un côté obscur. Le bassin du fleuve est sujet à des inondations catastrophiques, un thème récurrent tout au long de la longue histoire de la Chine. Des inondations dévastatrices sont consignées depuis des siècles, le XXe siècle seul ayant connu des événements en 1931 et 1954 qui furent des catastrophes nationales. L'inondation de 1931 fut particulièrement horrifique, submergeant une zone de plus de 90 000 kilomètres carrés, déplaçant 40 millions de personnes et contribuant à la mort d'environ 3,7 millions d'individus. C'est de cette histoire longue et douloureuse de lutte contre la fureur du fleuve qu'est née l'idée d'un barrage monumental — une structure assez puissante pour dompter le Yangtsé.

Le concept d'un grand barrage à travers les pittoresques Trois Gorges du Yangtsé n'est pas récent. Il fut sérieusement proposé pour la première fois en 1919 par Sun Yat-sen, le fondateur visionnaire de la Chine moderne, qui en entrevit le potentiel pour la production d'énergie et la navigation. Au cours des décennies suivantes, l'idée fut réexaminée à de multiples reprises. Le gouvernement nationaliste mena des études préliminaires dans les années 1930, et pendant leur occupation de la région en 1939, des ingénieurs japonais élaborèrent leurs propres plans. Dans les années 1940, les États-Unis s'impliquèrent lorsque l'ingénieur en chef de la conception du Bureau of Reclamation, John L. Savage, établit une proposition pour un « Projet du fleuve Yangtsé ». Cependant, l'instabilité politique, la guerre et les troubles économiques remirent à plus tard ces plans ambitieux à maintes reprises. Après les inondations dévastatrices de 1954, qui coûtèrent la vie à environ 33 000 personnes, le projet gagna un nouvel élan sous Mao Zedong. Néanmoins, le barrage resta un sujet de débat intense pendant des décennies, les partisans invoquant le contrôle des crues et l'énergie propre, tandis que les critiques soulevaient des préoccupations quant au coût immense, au déplacement des populations et à l'impact environnemental. Finalement, après des décennies de planification et d'arguments, l'Assemblée populaire nationale approuva officiellement le projet en 1992, et le 14 décembre 1994, la construction débuta officiellement.

L'entreprise à Sandouping, dans la province du Hubei, fut le plus grand projet d'ingénierie de l'histoire de la nation. L'ampleur de l'effort de construction est difficile à surestimer. Le projet requit l'excavation et l'évacuation d'environ 102,6 millions de mètres cubes de terre et de roche. Pour ériger cette structure colossale, les constructeurs coulèrent 27,2 millions de mètres cubes de béton et utilisèrent 463 000 tonnes métriques d'acier, une quantité suffisante pour construire 63 tours Eiffel. L'ensemble de la construction fut méticuleusement planifié et exécuté en trois phases distinctes. La première phase, de 1994 à 1997, se concentra sur la construction initiale et un exploit d'ingénierie crucial : le barrage et la dérivation du puissant Yangtsé. La deuxième phase, de 1998 à 2003, vit les premiers générateurs mis en service, le réservoir commencer son lent et régulier remplissage, et l'ouverture des écluses permanentes à la navigation. La troisième et dernière phase, s'achevant en 2009, impliqua l'installation de tous les groupes générateurs. Le dernier composant majeur, un ascenseur à bateaux innovant, fut achevé plus tard et devint opérationnel en 2016.

Le fruit de cet effort monumental est un barrage-poids en béton, une structure qui s'appuie sur son propre poids immense et sa masse pour retenir la force du fleuve. Le barrage s'étend sur 2 335 mètres à travers la vallée du Yangtsé et s'élève à 185 mètres de hauteur depuis ses fondations. À sa base, le barrage présente une épaisseur stupéfiante de 115 mètres. Ce colosse de béton retient un réservoir énorme qui, à son niveau d'eau maximal de 175 mètres, s'étend sur environ 660 kilomètres en amont, remodelant fondamentalement le paysage de la région historique des Trois Gorges. Le réservoir contient 39,3 kilomètres cubes d'eau et couvre une surface de 1 045 kilomètres carrés. Cette vaste étendue d'eau stockée est le carburant de la centrale hydroélectrique la plus puissante du monde.

Le but premier du barrage des Trois Gorges est de produire une quantité colossale d'électricité. Logés dans deux centrales massives flanquant le déversoir central, et une troisième située sous terre, se trouvent au total 34 générateurs. Trente-deux d'entre eux sont les unités principales, chacune d'une capacité de 700 mégawatts (MW), tandis que deux générateurs plus petits de 50 MW fournissent l'énergie nécessaire aux propres opérations de l'usine. Cela confère au barrage des Trois Gorges une capacité installée totale de 22 500 MW, ce qui en fait la plus grande centrale électrique de tout type au monde selon cette mesure. Les turbines utilisées sont des turbines Francis, un type de turbine hydraulique qui est la conception la plus courante dans les grandes centrales hydroélectriques aujourd'hui. L'immense poids de l'eau dans le réservoir, chutant d'environ 80 mètres vers les turbines, fait tourner leurs pales avec une force tremende. Selon les précipitations annuelles et le débit du fleuve, le barrage produit une quantité énorme d'électricité ; en 2020, suite à de fortes pluies de mousson, il établit un nouveau record mondial de production annuelle d'énergie, générant près de 112 térawatts-heures. Cette unique installation fut conçue pour fournir jusqu'à 10 % des besoins en électricité de la Chine, une source d'énergie propre destinée à réduire la forte dépendance du pays au charbon.

Au-delà de son rôle de géant de l'énergie, le barrage fut construit pour tenir une promesse vieille de plusieurs siècles : contrôler les inondations dévastatrices du Yangtsé. Pour les millions de personnes vivant dans les plaines fertiles mais vulnérables en aval, y compris dans des métropoles comme Wuhan et Nankin, la montée annuelle du fleuve a toujours été une source de terreur. Le réservoir massif du barrage possède une capacité de stockage des crues de 22 kilomètres cubes (environ 18 millions d'acres-pieds). Cela lui permet de capturer et de retenir le pic d'une crue, libérant l'eau de manière contrôlée sur la durée. L'objectif de cette fonction de contrôle des crues est de réduire la fréquence des inondations majeures en aval, de une fois tous les 10 ans à une fois tous les 100 ans, bien plus sûr. Depuis sa mise en service, le barrage a été mis à l'épreuve à de nombreuses reprises, notamment en 2010 lorsque l'afflux atteignit un pic de 70 000 mètres cubes par seconde, dépassant la crue observée lors des inondations destructrices de 1998. En retenant une partie significative de ce débit, le barrage atténua avec succès l'impact de la crue en aval.

La troisième fonction majeure du barrage des Trois Gorges est de transformer la navigation fluviale. La section du Yangtsé traversant les gorges était historiquement périlleuse, avec des courants rapides et des bas-fonds cachés la rendant dangereuse pour la navigation. La création du réservoir profond et calme a submergé ces dangers, créant un chenal large et sûr pour des navires bien plus grands. Pour contourner le barrage imposant lui-même, un système ingénieux d'écluses et un ascenseur à bateaux furent construits. La pièce maîtresse est un système d'écluses double à cinq étages, essentiellement un escalier d'eau qui hisse et abaisse les navires par-dessus la hauteur du barrage. Chaque écluse mesure 280 mètres de long et 34 mètres de large, capable de gérer des navires jusqu'à 10 000 tonnes. Le transit complet à travers les cinq étages prend environ quatre heures. Pour les navires plus petits jusqu'à 3 000 tonnes, une alternative plus rapide existe : l'ascenseur à bateaux. Cette remarquable pièce d'ingénierie est essentiellement un ascenseur géant pour bateaux, les hissant, eux et un bassin d'eau, verticalement le long du barrage en une fraction du temps nécessaire pour passer les écluses. Ces installations ont considérablement augmenté la capacité de fret du fleuve, le transformant en une artère majeure de navigation intérieure reliant la métropole de Chongqing à la ville côtière de Shanghai.

La construction et l'exploitation d'un projet aussi transformateur ne furent pas sans coûts et controverses significatifs. La création du réservoir long de 660 kilomètres nécessita l'un des plus grands déplacements de population de l'histoire humaine. Les chiffres officiels indiquent qu'entre 1,13 et 1,4 million de personnes furent déplacées alors que leurs maisons, villes et terres agricoles étaient lentement submergées par la montée des eaux. Plus de 1 500 villes, bourgs et villages furent inondés, forçant le gouvernement à construire de nouvelles cités et installations sur des terrains plus élevés pour les populations relogées. L'impact humain de cette migration massive a fait l'objet de débats et de préoccupations considérables. En plus des foyers et des communautés, le réservoir inonda d'innombrables sites d'importance historique et archéologique, effaçant un lien tangible avec le riche passé culturel de la région.

L'impact environnemental du barrage a également été un point de contention majeur. La structure massive a fondamentalement altéré l'hydrologie et l'écologie du fleuve. Le changement radical du débit et de la température de l'eau, conjointement à la barrière physique du barrage, a affecté les populations de poissons, certains experts affirmant qu'il a contribué directement à l'extinction du baiji, ou dauphin de Chine. Le ralentissement du courant du fleuve a également affecté le transport naturel des alluvions. Cela a conduit à une sédimentation accrue dans le réservoir et réduit l'apport de sédiments riches en nutriments en aval, ce qui peut provoquer l'érosion du delta du fleuve et affecter les zones humides côtières. De plus, l'immense poids de l'eau dans le réservoir pressant sur la croûte terrestre, et l'effet de l'eau s'infiltrant dans le sol des collines environnantes, ont été liés à une augmentation de l'activité sismique et des glissements de terrain dans la région. La mise en eau a également soulevé des inquiétudes quant à la pollution provenant des sites industriels et des villes submergés, concentrée dans le réservoir au lieu d'être évacuée vers la mer.