L'hydroélectricité est la première source d'énergie renouvelable au monde, produisant un énorme 16 pour cent de l'approvisionnement énergétique mondial. Mais l'hydroélectricité n'est pas sans coût environnemental, en particulier lorsqu'il s'agit de terrains noyés sous les réservoirs ou engloutis par les routes et les lignes électriques construites pour un projet hydroélectrique. Maintenant, une équipe de chercheurs basés en Norvège a développé une façon innovante de décrire la superficie de terrain nécessaire pour produire un kilowattheure d'électricité à partir de l'hydroélectricité. L'objectif est de permettre aux décideurs politiques et aux entreprises d'évaluer plus facilement les compromis environnementaux des centrales hydroélectriques actuelles et d'investir dans de nouvelles centrales hydroélectriques.

"Certains réservoirs hydroélectriques peuvent sembler naturels au premier abord. Cependant, ils sont influencés par l'homme, et si la terre a été inondée pour leur création, cela peut avoir un impact sur les écosystèmes terrestres, " a déclaré Martin Dorber, un doctorant au programme d'écologie industrielle de l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU).

Il est largement admis que l'augmentation de la quantité d'électricité que le monde obtient à partir d'énergies renouvelables comme l'hydroélectricité est essentielle pour lutter contre le changement climatique mondial. Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) examine cette question dans un rapport spécial sur les sources d'énergie renouvelables et le changement climatique. L'organisation affirme que les gouvernements et l'industrie doivent inclure les conséquences environnementales à long terme de l'hydroélectricité dans les projets actuels et futurs. De cette façon, ils peuvent identifier les compromis environnementaux qui résulteront de l'expansion de la production hydroélectrique.

Dorber et ses collègues Francesca Verones du programme d'écologie industrielle de NTNU, et Roel May de l'Institut norvégien de recherche sur la nature ont réalisé qu'ils disposaient de l'outil parfait pour quantifier les effets environnementaux de la production d'hydroélectricité. Il s'agit d'un outil d'analyse appelé Analyse du Cycle de Vie (ACV). L'ACV donne aux chercheurs une méthodologie pour étudier tous les impacts environnementaux d'un produit ou d'un procédé au cours de son cycle de vie. Cela signifie qu'ils commencent au tout début, de la fabrication des composants de l'article, au moment où le produit ou le processus est créé et utilisé, et enfin jusqu'au moment où il n'est plus utilisé et recyclé ou mis au rebut d'une autre manière. L'idée est de donner une image du coût environnemental complet de quelque chose.

Par exemple, si vous deviez effectuer une évaluation du cycle de vie d'une canette de bière, il faudrait tout savoir à commencer par les coûts environnementaux de l'extraction de la matière première (bauxite), l'expédier pour qu'il soit transformé en aluminium, la fabrication de la boîte elle-même, et ce qu'il faut pour le recycler après son utilisation. C'est compliqué, mais les chercheurs du programme d'écologie industrielle de NTNU ont perfectionné cette approche pour des centaines de produits et de processus différents.

L'un des effets environnementaux potentiels du développement de l'hydroélectricité est ce qu'il peut faire pour la biodiversité. Il peut altérer l'habitat d'eau douce, dégrader la qualité de l'eau, et changer l'utilisation des terres en inondant les terres pour les réservoirs, et de la construction du barrage, des lignes électriques et des routes d'accès dont le projet a besoin. Les chercheurs ont réalisé qu'il n'y avait pas encore assez d'informations disponibles pour permettre à l'ACV d'évaluer tous ces impacts de l'hydroélectricité, ils ont donc décidé de se concentrer sur une question clé :l'utilisation des terres et le changement d'affectation des terres.

« L'utilisation des terres et le changement d'affectation des terres est un enjeu clé, car c'est l'un des principaux moteurs de la perte de biodiversité, car elle entraîne la perte et la dégradation de l'habitat de nombreuses espèces, " dit Dorber.

Lacs naturels en crue

La première étape pour les chercheurs a été de réaliser ce qu'on appelle un inventaire du cycle de vie, en déterminant combien de terre est utilisée pour produire un kilowattheure d'électricité. La Norvège étant l'un des 10 premiers producteurs d'hydroélectricité au monde, avec plus de 95 pour cent de toute la production nationale d'électricité à partir de l'hydroélectricité, les chercheurs ont réalisé qu'ils devaient créer un inventaire spécifique à la Norvège.

Il existe des bases de données qui tentent de fournir ces informations, mais le plus grand d'entre eux ne disposait d'informations que sur la production hydroélectrique de la Suisse et du Brésil. Et aucune des bases de données n'a pris en compte la surface d'eau d'un lac naturel qui aurait pu être inondée pour créer le réservoir hydroélectrique, les chercheurs ont dit. "La plupart des réservoirs hydroélectriques norvégiens sont créés en mettant en eau des lacs naturels, " a déclaré Dorber. " Donc, si nous appliquons les informations des bases de données qui ne tiennent pas compte de la surface d'eau d'un lac naturel, cela conduirait à une grossière surestimation de l'impact environnemental."

Le problème est, il y a peu d'informations disponibles sur la taille des lacs qui ont été inondés pour créer les 1289 réservoirs hydroélectriques de Norvège. Les chercheurs ont donc trouvé un moyen d'estimer la taille originale des lacs, en utilisant l'imagerie satellite.

Heureusement, les chercheurs ont eu accès à deux excellentes sources d'information pour faire leurs estimations. La première consistait à mesurer les superficies réelles des réservoirs à leur niveau d'eau régulé le plus élevé, fourni par la Direction norvégienne des ressources en eau et de l'énergie (NVE). La seconde était gratuite, images satellite téléchargeables à partir de l'ensemble de données NASA-USGS Global Land Survey, où ils ont utilisé des images de 1972-1983 pour la Norvège. Les chercheurs ont également utilisé des photographies aériennes au besoin à partir d'un portail Internet appelé Norge i Bilder, qui fournit des photographies aériennes pour la Norvège dès 1937.

Les dates des images comptent, parce que les chercheurs devaient pouvoir voir le terrain avant la construction des projets hydroélectriques. Cela signifiait qu'ils ne pouvaient évaluer les surfaces d'eau avant la construction des barrages pour les centrales hydroélectriques construites à partir de 1937 que pour la zone couverte par les photographies aériennes, et pour les barrages construits en 1972 ou après pour la zone couverte par les photos Landsat. Par conséquent, ils n'ont pu calculer que les terres inondées pour 184 réservoirs hydroélectriques au total.

Pour diverses raisons, ils n'ont pas été en mesure d'utiliser les données de 77 réservoirs pour lesquels ils disposaient d'informations sur la superficie des terres. À la fin, ils ont pu calculer l'occupation des terres par des réservoirs qui ont fourni environ 20 % de l'électricité hydroélectrique annuelle moyenne produite en Norvège entre 1981 et 2010. « En divisant la superficie des terres inondées par la production annuelle d'électricité de chaque réservoir hydroélectrique, nous avons calculé les valeurs nettes d'occupation des sols spécifiques au site pour l'inventaire du cycle de vie, " dit Dorber. " Bien que cela dépasse le cadre de ce travail, notre approche est une étape cruciale vers la quantification des impacts de la production d'électricité hydroélectrique sur la biodiversité pour l'Analyse du Cycle de Vie."

Dorber souligne que leur approche pourrait être utilisée par d'autres pays qui voulaient en savoir plus sur les effets de l'hydroélectricité sur l'environnement, car les données Landsat couvrent l'ensemble du globe et sont disponibles gratuitement. Et lorsqu'ils ont comparé les informations norvégiennes qu'ils ont générées aux informations sur l'hydroélectricité qu'ils ont obtenues de la Suisse et du Brésil, ils ont vu à quel point les effets sont différents dans les différents pays.

« L'occupation moyenne des terres dans notre étude pour toutes les centrales hydroélectriques que nous avons examinées est de 0,027 m2·an/kWh et est supérieure aux 0,004 m2·an/kWh existant dans la base de données pour la Suisse, " dit Dorber. " Cependant, lorsque nous avons ajusté la valeur d'occupation du sol pour tenir compte des incertitudes, l'occupation moyenne des terres ajustée (0,007 m2·an/kWh) est inférieure à notre occupation moyenne des terres (0,027 m2·an/kWh) et est donc plus proche des 0,004 m2·an/kWh existants dans la base de données Ecoinvent."

Connaître la superficie de terrain occupée lors de la construction d'un barrage peut également aider à calculer la quantité d'eau perdue en moyenne par évaporation, qui peuvent affecter les écosystèmes aquatiques en réduisant la quantité d'eau rejetée par le barrage. Et parce que la création de réservoirs hydroélectriques entraîne une augmentation initiale des émissions de gaz à effet de serre provenant de la décomposition de la matière organique qui a été inondée par le réservoir ou déversée dans le réservoir, les informations peuvent également être utilisées pour calculer la consommation nette d'eau et les émissions nettes de gaz à effet de serre pour l'inventaire du cycle de vie, dit Dorber.

"Nous avons montré que les données de télédétection peuvent être utilisées pour quantifier le changement d'utilisation des terres causé par les réservoirs hydroélectriques. En même temps, nos résultats montrent que le changement d'utilisation des terres diffère entre les réservoirs hydroélectriques, " Dorber a dit. " Par conséquent, Une évaluation des changements d'utilisation des terres plus spécifique aux réservoirs est un élément clé nécessaire pour quantifier les impacts environnementaux potentiels liés aux réservoirs hydroélectriques. »