Energies renouvelables : hydroélectricité souterraine (résultats du projet Smartwater)

L'hydroélectricité par pompage souterrain (UPSH – Underground Pumped-Storage Hydropower) est une technologie prometteuse pour gérer la production d'électricité dans les régions sans topographie marquée. Les centrales UPSH se composent d'un réservoir souterrain et d'un réservoir de surface. L'énergie est stockée en pompant l'eau du réservoir souterrain vers le réservoir de surface et est produite en turbinant l'eau du réservoir de surface vers le réservoir souterrain. Le réservoir souterrain peut être creusé mais l’alternative étudiée ici en Région Wallonne dans le cadre du projet ‘Smartwater’ (financé par le SPW Energie), consiste à utiliser une mine abandonnée.
Les mines sont rarement imperméabilisées, les conséquences sur l'efficacité et l'environnement de flux d’eau échangés entre le réservoir inférieur et le milieu géologique fracturé doivent être étudiées.
Ces recherches appliquées ont été réalisées principalement par modélisation numérique et les résultats sont relatifs au cas d’une mine d’ardoise à Martelange. Ce site est considéré comme un site potentiel réaliste pour la construction d'un système UPSH. Le modèle intègre la complexité géométrique de la mine, adopte un scénario d'exploitation basé sur les prix réels de l'électricité, et simule le comportement du système de production d'électricité pendant un an et considère deux scénarios réalistes de conditions initiales, le réservoir souterrain étant soit complètement plein, soit totalement vide. Les résultats montrent que (1) les échanges d'eau peuvent avoir des conséquences importantes en termes d'efficacité et d'impacts environnementaux ; (2) l'influence des conditions initiales est seulement importante pour les échanges entre massif fracturé et la cavité durant la période initiale ; (3) un facteur important contrôlant les échanges d'eau et leurs conséquences peut être la position relative de la hauteur piézométrique naturelle dans le massif fracturé par rapport au réservoir souterrain.
La mine d'ardoise abandonnée se compose de neuf grandes chambres d'un volume total d'environ 550 000 m3, tandis que les débits maximaux de pompage et de turbinage sont de 22,2 m3/s. Les chambres sont de tailles différentes et sont reliées par de petites galeries dont la capacité d'évacuation est limitée et qui peuvent entraver l'échange de flux entre les chambres adjacentes. L'effet de la section des galeries de connexion est calculé. L'aération adéquate des chambres par rapport aux variations brusques du niveau d'eau dans le réservoir souterrain est un facteur important.
En conclusion, ce genre de systèmes pourrait être intéressant mais doit être étudié de manière très précise au cas par cas. Le principal risque est lié non pas aux aspects hydrogéologiques ni même hydrauliques mais bien aux aspects géomécaniques quant à la tenue des piliers, chambres et galeries en souterrain lorsque les matériaux rocheux sont soumis à des cycles de saturation-désaturation répétés.