L’hydroélectricité doit être beaucoup plus verte

L’hydroélectricité suscite des polémiques depuis le début des années 2000. Bien qu’elle ait été présentée comme une solution pour atténuer le changement climatique, la bulle hydroélectrique a éclaté lorsque des chercheurs ont découvert en 2005 que les barrages hydroélectriques étaient responsables d’énormes quantités d’émissions de gaz à effet de serre.

Les murs des barrages hydroélectriques limitent le débit des rivières et les transforment en bassins d’eau stagnante. Au fur et à mesure que ces réservoirs vieillissent, la matière organique comme la biomasse algale et les plantes aquatiques s’accumule et finit par se décomposer et couler. Cet environnement pauvre en oxygène stimule la production de méthane.

Les surfaces des réservoirs et les turbines libèrent alors du méthane dans l’atmosphère. Le méthane représente environ 80 % des gaz à effet de serre émis par les barrages hydroélectriques, avec un pic au cours de la première décennie du cycle de vie des barrages.

Le méthane est tristement célèbre pour s’attarder dans l’atmosphère pendant 12 ans et est au moins 25 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Les chercheurs estiment qu’au moins 10 % des barrages hydroélectriques du monde émettent autant de gaz à effet de serre par unité d’énergie que les centrales électriques au charbon. Dans le bassin amazonien, plusieurs barrages existants sont jusqu’à dix fois plus intensifs en carbone que les centrales au charbon.

Malgré cela, il existe toujours une pression agressive pour la construction de nouveaux barrages hydroélectriques en Amazonie brésilienne et dans l’Himalaya. « À la lumière de ce boom attendu de la construction de nouveaux barrages hydroélectriques, il est essentiel de déterminer si les futurs barrages produiront de l’énergie à faible émission de carbone », a écrit une équipe internationale de chercheurs dans un rapport de 2019. Communication Nature étude.

Utiliser l’IA pour planifier un barrage plus durable

Pour identifier des sites respectueux de l’environnement pour de nouveaux barrages hydroélectriques, l’équipe de 2019 a exploité les données d’un modèle informatique sophistiqué qui utilise l’intelligence artificielle (IA). Ils ont observé que les barrages de plaine au Brésil (un pays principalement de plaine) ont tendance à avoir de grandes zones de réservoir qui produisent des intensités de carbone nettement plus élevées. L’Amazonie brésilienne compte le plus grand nombre de barrages à forte intensité de carbone par rapport aux régions montagneuses de la Bolivie, de l’Équateur et du Pérou. Une altitude plus élevée et une topographie escarpée, ont-ils constaté, permettent une hydroélectricité moins intensive en carbone.

De nouveaux projets ont été proposés sur au moins 351 sites répartis sur l’Amazonie, qui abrite déjà 158 barrages hydroélectriques. Pour trouver des solutions pour minimiser les conséquences environnementales de ces projets, les chercheurs continuent d’exploiter les données avec l’IA.

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Dans une récente étude publiée dans la revue La science La semaine dernière, une équipe de chercheurs a utilisé l’IA pour redimensionner le bassin amazonien. Ils ont constaté que l’expansion hydroélectrique non coordonnée entraînait la perte d’avantages écosystémiques. De plus, des aménagements de barrages efficaces à d’autres endroits pourraient générer quatre fois plus d’électricité.

“L’IA est utilisée par Wall Street, par les médias sociaux, à toutes sortes de fins – pourquoi ne pas utiliser l’IA pour s’attaquer à des problèmes graves comme la durabilité ?” Carla Gomes, auteur de l’étude et informaticienne à l’Université Cornell, a déclaré dans un communiqué de presse.

Selon les chercheurs, divers critères environnementaux, tels que le débit et la connectivité des rivières, les émissions de gaz à effet de serre, la diversité des poissons et le transport des sédiments de l’ensemble du bassin amazonien, doivent être pris en compte lors de la sélection des sites pour de nouveaux projets.

Alors que la mise en œuvre de politiques basées sur de telles preuves scientifiques est vitale pour la construction de barrages hydroélectriques durables, les chercheurs recherchent également des moyens de réduire les émissions de gaz à effet de serre des projets existants via l’extraction du méthane.

Extraire et utiliser le méthane du réservoir

L’idée d’extraire le méthane qui s’accumule dans les lacs et les barrages réservoirs pour produire de l’énergie n’est pas nouvelle. En Afrique de l’Est, le lac Kivu rempli d’eau salée contient 60 kilomètres cubes de méthane et 300 autres kilomètres cubes de dioxyde de carbone dissous. Le méthane est extrait des eaux profondes du lac avec un séparateur de gaz pour produire de l’électricité à la centrale électrique de KivuWatt au Rwanda.

Inspirés par cette possibilité, Maciej Bartosiewicz, géophysicien de l’Académie polonaise des sciences, et ses collègues proposent d’utiliser des absorbants minéraux solides appelés zéolithes pour séparer le méthane des sédiments du réservoir. Dans une étude publiée dans la revue Sciences et technologie de l’environnement, ils ont conçu un mécanisme modèle pour déployer des zéolithes couplées à du charbon actif pouvant être placées au fond des réservoirs.

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Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas été en mesure d’extraire le méthane des masses d’eau douce telles que les lacs et les réservoirs, car le gaz est disponible à des concentrations bien plus faibles. Cela rendait auparavant l’extraction du méthane en petites quantités beaucoup trop coûteuse. Mais Bartosiewicz affirme que les zéolithes sont bon marché et largement disponibles, ce qui pourrait offrir une solution viable.

« Le système contient un composant de gazéification qui est une membrane dans une boîte. Ensuite, les zéolithes pourraient capturer le méthane après avoir éliminé le dioxyde de carbone », explique Bartosiewicz. L’installation d’un système de pompage pourrait encore augmenter l’extraction.

Pourtant, l’extraction du méthane à partir des sédiments des réservoirs n’est pas dépourvue de conséquences écologiques. Le processus pourrait entraîner une perturbation importante de la composition biologique de l’écosystème en affectant la croissance des bactéries qui transforment le méthane dans les sédiments, ce qui aurait éventuellement un impact sur la productivité du réseau trophique. Dans les réservoirs et les lacs où les niveaux de méthane au fond sont élevés, ces bactéries sont une source vitale de nourriture et d’énergie pour les animaux marins microscopiques. Pourtant, les masses d’eau ont la capacité remarquable de s’autoréguler, affirme Bartosiewicz.

« Nous devons encore développer la prochaine génération de solutions pour la production d’énergie renouvelable. Cela pourrait être une possibilité », dit-il. « L’extraction de méthane ne sera pas possible dans tous les réservoirs hydroélectriques. Mais si nous pouvons produire ne serait-ce que cinq pour cent d’énergie à partir de ce méthane, cela augmentera le quota d’énergie renouvelable.