Capitolul IV
este puterea hidraulică sălbatică (în W);
H - altitudinea celui mai înalt punct al pământului (în m);
g - accelerația gravitației (în m/s 2);
r - densitatea apei (în kg/m 3);
Q (h) - debitul cumulativ, la altitudinea h, a tuturor râurilor terestre (în m 3/s).
Au trecut puțin peste două mii de ani de când oamenii au început să valorifice această energie sălbatică. Mai întâi a fost datorită roților cu palete sau roților cu cupe care alimentau morile, gaterele, mașinile de tăiat a căror putere nu depășea câțiva kilowați. La începutul secolului trecut, odată cu introducerea turbinei, puterile au crescut considerabil, dar energia produsă, sub formă mecanică, trebuia încă folosită la fața locului. Abia la începutul acestui secol transformarea în energie electrică, transportabilă la mare distanță, a energiei mecanice produse de turbine ar trebui să dea un impuls extraordinar exploatării a ceea ce s-a numit cărbunele alb (Cavailles, 1929).
Astăzi, la scară globală, puțin sub 10% din energia apei sălbatice este de fapt recuperată sub formă de muncă și/sau electricitate. Realizările variază de la hidrocentrale mici (microcentrale de câțiva kw de energie) la care creșterea costurilor energetice a dat recent un interes reînnoit (Monition, Le Nir și Roux, 1981; Cuinat și Roussel, 1981) până la evoluțiile gigantice Grand Coule din Statele Unite, Bratsk în URSS sau Golful James din Quebec, dezvoltări a căror capacitate instalată este măsurată în milioane de kw și a căror producție este măsurată în miliarde de kwh (1 kilowatt oră este lucrarea realizată de o sursă de energie de 1 kilowatt timp de 1 oră sau 3600 kilojoule). Producția de electricitate hidraulică depinde de hidraulicitate, adică în cele din urmă de cantitatea de precipitații. Pentru a da un ordin de mărime, în Franța a fost 60.000 Gwh în 1975 (1 Gigawatt oră este egal cu 1 milion kilowatt oră) și 48.000 Gwh în 1976, pentru un potențial sălbatic mediu de aproximativ 270.000 Gwh. Această producție reprezintă în medie 400 de miliarde de metri cubi de turbine pe an, adică mai mult decât dublul debitului (De Beauregard, 1970).
O instalație hidroelectrică permite recuperarea sub formă mecanică, apoi sub formă electrică, a unei părți din energia disipată în mod normal între două puncte, un punct înalt și un punct inferior al unui curs de apă. Energia recuperabilă dintre punctul înalt și punctul inferior este proporțională cu produsul diferenței lor de altitudine H (cădere) de debitul râului Q. Schematic, o astfel de instalație include:
O structură de captare în amonte. Această structură face posibilă în general creșterea corpului de apă și îndeplinește adesea o funcție de stocare (baraj);
O alimentare cu apă în care scăderile de presiune sunt reduse la minimum, ceea ce duce apa deviată la locul ales pentru a utiliza jgheabul disponibil;
Un rezervor în care energia potențială a apei datorată căderii este transformată în energie de presiune;
O turbină, cel mai adesea cuplată la un alternator, transformând energia de presiune potențială a apei în energie mecanică, apoi în energie electrică;
O structură în aval pentru returnarea apei turbinate în mediul natural.
Această diagramă trebuie în mod evident adaptată și, în funcție de circumstanțe, acest element poate fi atrofiat sau hipertrofiat.
Instalațiile la scară industrială sunt în mod evident interesate de depozite susceptibile de a furniza cantități mari de energie, adică cele în care produsul Q. H al debitului de către cap este suficient de mare. Pentru ca această condiție să fie îndeplinită, cel puțin unul dintre acești doi factori trebuie să fie important. Prin urmare, vom observa două tipuri extreme de fabrici, toate soluțiile intermediare fiind evident posibile.
În cazul în care debitul este ridicat sau are un cap redus. Acestea sunt plante de câmpie ale căror capacități de stocare, modeste sau chiar nule datorită absenței unor situri adecvate (plante de râu sau plante de blocare), vor fi gestionate pe o scară de timp. Orar sau zilnic.
Dacă înălțimea căderii este importantă, se poate mulțumi cu un debit modest. Acestea sunt fabrici montane, care datorită naturii siturilor pot fi în general însoțite de volume mari de depozitare (fabrici de lacuri) gestionate pe o scară de timp anuală. Ultimul tip de instalație poate fi comparat cu instalațiile de pompare al căror volum de stocare nu este furnizat prin scurgerea din bazinul său hidrografic, ci prin apa pompată în aval într-un râu sau rezervor. O astfel de instalație face posibilă absorbția, în momente sau anotimpuri în care cererea este scăzută, excesul de producție din surse dificil de reglat, cum ar fi centralele nucleare, și restabilirea acesteia dacă cererea este mare, cu flexibilitatea specifică a centralelor de lac.