L'hydroélectricité est un outil fiable et essentiel dans la lutte contre le changement climatique et dans la réalisation des objectifs nationaux et internationaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). Cela est particulièrement vrai dans les pays du sud où les sources d'énergie hydroélectrique non exploitées restent importantes[1]. Pourtant, l'utilisation de cette énergie n'est pas sans susciter des controverses, notamment en ce qui concerne les émissions de GES. Quel est l'état actuel de l'hydroélectricité et quels en sont les avantages ? Comment contribue-t-elle au développement durable ? D'où proviennent les émissions liées à l'hydroélectricité et comment peut-on les calculer et les monétiser ?

Bien que les capacités hydroélectriques nouvellement installées aient augmenté depuis 2001, elles ne sont pas en voie d'atteindre les objectifs durables à long terme. L'hydroélectricité peut être considérée comme une source d'énergie à faible émission de carbone, mais les centrales hydroélectriques dotées de grands réservoirs par rapport à leur capacité de production peuvent émettre au moins autant d'émissions de GES que les centrales thermiques[2]. Ces émissions proviennent principalement des réservoirs ainsi que de la construction et du démantèlement. Malgré l'incertitude quant à leur comptabilisation, l'utilisation de l'outil G-Res peut aider à les évaluer. Sous certaines conditions, les projets hydroélectriques sont éligibles à la finance carbone.

L'hydroélectricité continue de se développer

L'hydroélectricité est la première source d'électricité de source renouvelable. Sa contribution à la production mondiale d'électricité renouvelable n'a cessé d'augmenter depuis 2001. L'Association internationale de l'hydroélectricité (IHA) a indiqué que, dans le monde, plus de 21,8 gigawatts (GW) de capacité hydroélectrique ont été mis en service en 2018. Cela équivaut à la capacité électrique totale du Chili ou de la Belgique[3].

En 2018, c'est la Chine qui a ajouté le plus de capacité avec 8 540 mégawatts (MW), suivie par le Brésil (3 866 MW), le Pakistan (2 487 MW), la Turquie (1 085 MW), l'Angola (668 MW), le Tadjikistan (605 MW), l'Équateur (556 MW), l'Inde (535 MW), la Norvège (419 MW) et le Canada (401 MW). La répartition par pays et par région est présentée dans le diagramme ci-dessous.

Capacité hydroélectrique installée dans le monde en 2018 [4]

Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), au cours des cinq prochaines années, la capacité hydroélectrique devrait augmenter de 9 %, avec en tête la Chine, l'Inde et le Brésil.

Pour illustrer la disparité de potentiel et de mise en œuvre, la République démocratique du Congo, qui possède 35 % du potentiel de l'ensemble du continent africain (soit 100 GW), n'a installé que 2,6 GW, ce qui n'est même pas suffisant pour mériter une place dans le diagramme ci-dessus.

Les avantages illimités de l'hydroélectricité

Les pays, en particulier ceux en développement, attendent de l'hydroélectricité qu'elle contribue de manière significative aux objectifs de développement durable des Nations unies[5], notamment en leur permettant de limiter, voire de réduire, leurs niveaux d'émissions de GES résultant des activités de production d'électricité. L'hydroélectricité devrait donc contribuer à fournir une énergie abordable et propre, à gérer l'eau douce, à lutter contre le changement climatique et à améliorer les moyens de subsistance.

Les avantages liés à l'hydroélectricité sont nombreux et comprennent: la production et le stockage d'énergie propre et flexible, ainsi qu'une réduction de la dépendance aux combustibles fossiles. En termes économiques, les avantages comprennent l'amélioration des moyens de subsistance et des chaînes d'approvisionnements, l'amélioration de la navigation et des transports, et l'investissement dans les services communautaires. Les avantages de la gestion de l'eau douce comprennent l'approvisionnement des foyers, de l'industrie et de l'agriculture, ainsi que l'atténuation des inondations et des sécheresses[6].

L'hydroélectricité pourrait offrir un large éventail d'avantages, et pas uniquement une électricité propre à la demande.

L'hydroélectricité est nécessaire au développement durable

Il va sans dire que l'hydroélectricité pourrait contribuer à atteindre l'objectif de limiter le réchauffement à 1,5°C ou 2°C. En termes d'adaptation, les projets hydroélectriques peuvent offrir aux pays une protection contre les effets du changement climatique et des phénomènes météorologiques extrêmes (par exemple, les inondations ou la sécheresse), même si les conditions climatiques variables rendent également ces projets sensibles aux risques climatiques en raison de leur dépendance vis-à-vis des précipitations et du ruissellement.

Selon l'AIE, une croissance continue des capacités installées nouvelles est nécessaire pour maintenir une augmentation moyenne de la production de 2,5 % par an jusqu'en 2030 afin de rester en phase avec le scénario de développement durable (SDD)[7]. Comme le montre la diagramme ci-dessous, bien que les perspectives de croissance des nouvelles capacités hydroélectriques restent fortes, elles ne sont pas suffisantes pour atteindre le niveau du SDD[8].

La production d'hydroélectricité dans le scénario de développement durable, 2000-2030

Pourtant, l'hydroélectricité contribue encore largement aux efforts de réduction des émissions mondiales. En mars 2020, les projets hydroélectriques représentaient 24 % de l'ensemble des projets carbone certifiés dans le cadre du mécanisme de développement propre (MDP) de la CCNUCC, ce qui est considérable. Il s'agissait donc de la catégorie de projets la plus importante dans le cadre du MDP[9].

Le problème des émissions de GES de l'hydroélectricité

L'hydroélectricité est généralement considérée comme une technologie à faible teneur en carbone et peut servir de contrepoids aux énergies fossiles à forte intensité de carbone. Si l'hydroélectricité était remplacée par la combustion du charbon, jusqu'à 4 milliards de tonnes d'émissions de GES supplémentaires seraient émises chaque année et les émissions mondiales des combustibles fossiles et de l'industrie seraient au moins 10 % plus élevées [10]. Selon le Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC) et l'AIH, l'intensité carbone-équivalent sur le cycle de vie médian de l'hydroélectricité est de 18,5 gCO2e par kWh, et seul l'éolien terrestre ferait mieux, comme le montre le diagramme ci-dessous.

L'intensité carbone de l'hydroélectricité par rapport aux autres technologies

En examinant la variation des émissions pour chaque technologie, on se rend compte que l'hydroélectricité est la technologie qui présente la plus grande fourchette d'émissions. Il pourrait à la fois s'agir de la technologie la plus et la moins intensive en carbone[11].

Variation de l'empreinte carbone des sources d'énergie

Les installations hydroélectriques au fil de l'eau utilisent principalement le débit naturel de l'eau pour produire de l'énergie, par opposition à la puissance de l'eau qui tombe avec les grands barrages à réservoirs. Elles ont tendance à avoir de très faibles niveaux d'émissions de GES et ont des impacts sociaux et environnementaux limités sur les écosystèmes et les communautés locales.

Les réservoirs sont la source du problème

Nous avons déterminé que les paramètres suivants ont un effet critique sur l'intensité carbone d'une centrale hydrolélectrique (classés du plus important au moins important) :

• La température atmosphérique moyenne (plus généralement le climat local et ses variations, y compris les précipitations et la vitesse du vent qui ont un impact moindre)

• Le taille du réservoir par rapport à la capacité installée (plus généralement les caractéristiques physiques du barrage)

• Les services affectés au réservoir (qui agiraient sur l'attribution des émissions aux activités autres que la production d'électricité)

• Le rayonnement solaire horizontal moyen cumulé

• Le volume du réservoir (fonction de la profondeur et de la surface)

• Les modes d'utilisation des terres (y compris les niveaux de population) dans le bassin versant/la zone de réservoir avant et après la mise en eau, ainsi que la taille du bassin versant

• D'autres facteurs tels que la teneur en carbone du sol (dans le réservoir) et d'autres caractéristiques biophysiques du bassin versant, notamment les caractéristiques de la faune et de la flore et la couverture végétale

Les interactions entre ces paramètres sont souvent complexes et impliquent des réponses non linéaires. Les émissions résultant de ces interactions sont en tant que telles difficiles à prévoir et à estimer avec précision.

Selon la méthode de déclassement utilisée, il peut y avoir des émissions secondaires provenant du puits de carbone qui sont créées lorsque le réservoir est asséché.

Les émissions de dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4) et protoxyde d'azote (N2O) font partie des cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote des masses d'eau dans les milieux naturels. Par conséquent, les émissions locales peuvent être modifiées dans les zones touchées par le développement de réservoirs utilisés pour l'hydroélectricité, la lutte contre les inondations, l'eau potable, l'irrigation, la navigation ou d'autres utilisations de l'eau[12].

Les émissions de GES des réservoirs proviennent généralement de :

• La décomposition de la matière organique inondée par le réservoir et de la biomasse qui croît et entre dans le réservoir en tant qu'afflux au cours du cycle de vie. Les émissions liées aux terres inondées peuvent se produire par les voies suivantes après l'ennoiement : (1) diffusion moléculaire à travers l'interface air-eau (émissions diffuses) ; (2) bulles de CH4 provenant des sédiments (émissions de bulles) ; (3) émissions résultant du passage de l'eau à travers une turbine et/ou à travers le déversoir et la turbulence en aval (émissions de dégazage) ; et (4) émissions provenant de la décomposition de la biomasse en surface.

• Activités de construction, d'exploitation et de démantèlement.

Les activités humaines dans le bassin versant ou le réservoir peuvent également influencer la qualité de l'eau et par conséquent l'accumulation des nutriments et des minéraux dans les masses d'eau et donc créer les conditions d'une formation accrue de méthane.

Dans les zones tropicales et subtropicales, les émissions de CH4 sont réduites au minimum en hiver et maximisées en été. La décomposition de la biomasse aérienne (c'est-à-dire la biomasse des arbres non submergés lors d'un ennoiement) peut être une source importante d'émissions.

Le niveau d'émissivité est généralement considéré comme relativement élevé pendant les premières années suivant l'ennoiement, jusqu'aux 10 à 20 premières années comme le montre le graphique ci-dessous représentant les émissions d'un barrage andin. Des études récentes suggèrent que les émissions de CO2 pendant les 10 premières années après l'ennoiement seraient le résultat de la décomposition de la matière organique dans le champ avant cet événement, tandis que les émissions de CO2 ultérieures proviendraient de la matière transférée dans la zone inondée[13].

Modèle type d'émissions des réservoirs [14].

Enfin, la question du changement climatique doit également être considérée comme une boucle rétroactive. Une augmentation de la température annuelle moyenne dans les régions tropicales et subtropicales, comme le prévoit la trajectoire de réchauffement de 1,5°C et de 2°C pour l'Afrique subsaharienne[15], pourrait entraîner une augmentation des émissions des réservoirs.

Calcul des émissions de GES

L'AIH, en collaboration avec l'Organisation des Nations unies pour l'éducation, la science et la culture (UNESCO), a mis au point un outil de calcul des émissions de GES en accès libre pour quantifier la part des émissions pouvant être attribuée à la création et à l'exploitation d'un réservoir hydroélectrique : l'outil G-Res[16]. L'utilisation de cet outil est recommandée par l'AIE, l'IAH, l'UNESCO et la Banque mondiale pour effectuer un tel calcul.

Cependant, comme l'outil G-Res n'est précis qu'en fonction des données qui y sont entrées, il est nécessaire de considérer l'approche à trois niveaux recommandée par le GIEC pour sélectionner les données utilisées pour calculer les émissions. Le niveau 1 est basé sur une estimation générale tirée des données secondaires. Le niveau 2 est basé sur des données régionales, tirées de sources bibliographiques secondaires, tandis que le niveau 3 est tiré directement de données primaires, collectées sur le terrain.

L'utilisation de l'outil G-Res est un processus relativement complexe. Tous les paramètres décrits ci-dessus sont pris en compte par l'outil en tant qu'entrées. La plupart doivent être saisis manuellement par l'utilisateur. Certains peuvent être calculés en utilisant la base de données de l'outil (le moteur terrestre). Pour d'autres, des valeurs standardisées provenant de la même base de données peuvent également être utilisées.

Comme le montre l'interface web de l'outil ci-dessous, celui-ci offre une solution complète pour calculer les émissions d'un barrage/réservoir sur une période de 100 ans. Les émissions naturelles et anthropiques du bassin versant, du réservoir, ainsi que celles produites pendant la phase de construction sont traitées pour donner une image complète des émissions de GES d'un projet, avec un niveau de confiance de 95%.

Les utilisateurs ont également la possibilité de comparer leurs résultats avec ceux de barrages/réservoirs équivalents. Les valeurs des facteurs d'émission sont normalisées mais peuvent être modifiées si nécessaire.

Pour obtenir une estimation précise, il est nécessaire de savoir avec précision comment entrer chaque paramètre dans l'outil et les données du champ.

Enfin, l'outil reste imprécis lorsqu'il s'agit de calculer les émissions d'installations hydroélectriques complexes, telles que les barrages en cascade.

Interface web de l'outil G-res

Certifier les réductions d'émissions de l'hydroélectricité

Le coût de l'hydroélectricité peut être élevé mais reste globalement dans la fourchette des coûts des combustibles fossiles ou en dessous, comme le montre la figure ci-dessous. Dans de nombreux pays en développement, les investissements et l'environnement institutionnel peuvent rendre les projets d'infrastructure peu attrayants pour les investisseurs.

Une façon de faciliter et d'encourager les contributions de l'hydroélectricité aux objectifs mondiaux de réduction des émissions consiste à certifier et à monétiser les réductions d'émissions afin d'accroître leur profil d'investissement, notamment par un meilleur retour sur investissement et une réduction des risques.

Comparaison des coûts de production l'électricité de source renouvelable

La certification carbone des réductions d'émissions provenant de l'hydroélectricité implique de commencer par identifier le standard et la méthodologie de calculs et de surveillance des réductions d'émissions les plus appropriés.

En raison des incertitudes liées aux niveaux d'émissions de l'hydroélectricité, le Conseil Exécutif du MDP a exclu les projets ayant une densité de puissance inférieure à 4 watts par m2 de surface de réservoir (ex : un très grand réservoir par rapport à la capacité installée) de l'éligibilité aux méthodes de calcul existantes. Pour des raisons similaires, les projets dont la capacité installée est supérieure à 15 MW (pour le Verified Carbon Standard - VCS) et à 20 MW (pour le GS4GG) peuvent ne pas être éligibles à la certification. Le graphique ci-dessous montre que plus la densité de puissance est faible (watt par m2 de réservoir), plus les émissions par unité d'électricité produite sont élevées, en particulier dans les zones tropicales et subtropicales.

Densité de puissance en fonction de l'intensité des émissions[17]

Seuls les projets évitant des émissions et pour lesquels la vente de ces crédits d'émissions est indispensable à les rendre financièrement viables peuvent bénéficier de la finance carbone.

Comment HAMERKOP peut vous aider

HAMERKOP Climate Impacts a récemment accompli une mission pour le compte de l'Union Européenne et d'autres clients institutionnels pour évaluer les niveaux d'émissions et estimer le potentiel de réduction des émissions de plusieurs installations hydroélectriques en Afrique de l'Ouest.

Nous possédons l'expertise nécessaire afin d'aider les promoteurs potentiels à évaluer, estimer et déterminer les émissions de leurs projets hydroélectriques actuels et futurs.

Nous pouvons également évaluer la faisabilité de la certification de votre projet selon les standards de certification carbone afin de lui offrir la possibilité de bénéficier de toute sa valeur économique, en permettant la vente de crédits carbone sur les marchés volontaires ou réglementés.

Dans le cadre de l'accord de Paris, les mécanismes de coopération internationale prévus à l'article 6 pourraient vous aider à bénéficier d'un financement international et nous pouvons vous aider à évaluer et à mettre en place une stratégie pour y parvenir.

SOURCES

[1] IHA (2019) Rapport sur l'état de l'hydroélectricité : https://www.hydropower.org/statusreport

[2] Émissions des réservoirs des fleuves internationaux (2019) : https://www.internationalrivers.org/campaigns/reservoir-emissions

[3] CIA (2017) The World Factbook. Électricité, la capacité de production installée est la capacité totale des générateurs actuellement installés : https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2236rank.html

[4] IHA (2019) Rapport sur l'état de l'hydroélectricité : https://www.hydropower.org/statusreport

[5] IHA (2015). Objectifs de développement durable : quelle est la place de l'hydroélectricité ? https://www.hydropower.org/blog/sustainable-development-goals-how-does-hydropower-fit-in

[6] IHA (2019). Rapport sur l'état de l'hydroélectricité : Tendances et perspectives du secteur : https://www.hydropower.org/sites/default/files/publications-docs/2019_hydropower_status_report_0.pdf

[7] AIE (2019) Pouvoir de suivi : https://www.iea.org/fuels-and-technologies/hydropower

Le scénario de développement durable (SDD) de l'AIE décrit une transformation majeure du système énergétique mondial, en montrant comment le monde peut changer de cap pour atteindre simultanément les trois principaux SDG liés à l'énergie, d'ici 2050 (SDG 7, SDG 3 et SDG 13). La SDD maintient l'augmentation de la température à moins de 1,8°C avec une probabilité de 66% sans dépendre des émissions globales nettes négatives de CO2 ; cela équivaut à limiter l'augmentation de la température à 1,65°C avec une probabilité de 50%. AIE (2019) SDD : https://www.iea.org/reports/world-energy-model/sustainable-development-scenario

9] IGES (2020) IGES CDM Project Database : https://www.iges.or.jp/en/pub/iges-cdm-project-database/en

10] IHA (2019) Hydropower Status Report : Tendances et perspectives du secteur : https://www.hydropower.org/sites/default/files/publications-docs/2019_hydropower_status_report_0.pdf

[11] Sherer, L., Pfister, S., (2016). L'empreinte carbone biogénique de l'hydroélectricité. PLOS ONE., 11(9). P. 11 : https://doi.org/10.1371/journal.pone.0161947.

12] AIE (2018) Annexe XII sur l'hydroélectricité : Lignes directrices pour l'analyse quantitative des émissions nettes de GES provenant des réservoirs - Volume 3 : Gestion, atténuation et allocation.

[13] IPCC (2019). IPCC Good Practice Guidance for LULUCF 3.285 ; Chapitre 3 : LUCF Sector Good Practice Guidance

(14) Forsberg BR, Melack JM, Dunne T, Barthem RB, Goulding M, Paiva RCD, et al. (2017) The potential impact of new Andean dams on Amazon fluvial ecosystems. PLoS ONE 12(8) : e0182254. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182254

[15] IPCC (2019). IPCC Good Practice Guidance for LULUCF 3.285 ; Chapitre 3 : LUCF Sector Good Practice Guidance

[16] Projet de recherche UNESCO/IHA sur l'état des GES des réservoirs d'eau douce (2017). Documentation technique sur l'outil de gestion des réservoirs de GES (G-res).

[17] IHA (2018). Une étude montre l'empreinte des gaz à effet de serre de l'hydroélectricité : https://www.hydropower.org/news/study-shows-hydropower's-carbon-footprint