L’être humain entreprit de domestiquer l’énergie des cours d’eau il y a des milliers d’années. Depuis plus d’un siècle, on produit de l’énergie électrique à partir d’énergie hydraulique. Pour la plupart des gens, cette forme d’énergie est associée aux barrages établis en travers des cours d’eau ou des vallées de montagne (houille blanche), mais il est également possible de produire de l’électricité d’origine hydraulique en tirant parti de l’énergie marémotrice (houille bleue). Les retenues créées par les barrages et les digues au fil de l’eau permettent aussi de contrôler les débits liquides en période de crues et, parfois, d’irriguer les terres avoisinantes.

La production d’électricité d’origine hydraulique intéresse des territoires très étendus et de nombreux climats, depuis le permafrost arctique jusqu’à la forêt équatoriale humide. L’implantation géographique des sites de production a évidemment une influence sur les risques professionnels rencontrés. Ainsi, dans certaines régions, les travailleurs employés à la construction et à l’exploitation des ouvrages d’art et des centrales pourront se trouver en contact avec des insectes ou des animaux dangereux, parfois également avec des plantes vénéneuses.

Un aménagement hydroélectrique comprend en général: un barrage ayant pour but de retenir une grande masse liquide et d’élever le niveau amont afin de créer une chute qui puisse être exploitée aux fins de production d’électricité; un déversoir destiné à évacuer un éventuel trop-plein; une centrale abritant turbines et alternateurs; un canal de fuite pour la restitution de l’eau après son passage dans les turbines; un poste de transformation en plein air. Des digues de retenue et autres ouvrages de captage peuvent compléter l’installation.

On distingue les barrages de simple retenue, construits au fil de l’eau, et les barrages d’accumulation ou barrages-réservoirs, édifiés dans les hautes vallées. Les premiers sont établis en travers du lit d’un cours d’eau pour créer une dénivellation du plan d’eau entre l’amont et l’aval du barrage. La centrale de production d’énergie se trouve immédiatement en aval, au pied du barrage, et l’eau ne fait que traverser le corps du barrage. Ces installations turbinent de gros débits sous des chutes relativement faibles.

Les barrages-réservoirs, par contre, sont édifiés au travers de hautes vallées et les centrales se trouvent souvent à des kilomètres de distance. Les débits turbinés sont moins élevés, mais les chutes souvent très importantes. Ces aménagements fournissent de l’énergie de pointe lorsque les usines au fil de l’eau et les centrales thermiques ne peuvent à elles seules satisfaire à la demande de courant. L’eau est conduite à la centrale par une galerie d’amenée (longue souvent de plusieurs kilomètres) et par des conduites forcées, et restituée à la sortie de la centrale par un canal de fuite. Pour éviter les coups de bélier (ondes de pression) qui seraient causés dans les conduites forcées par la brusque manœuvre des vannes de la centrale, une chambre d’équilibre est insérée au point de jonction de la galerie d’amenée et des conduites forcées.

En simplifiant, on peut dire que l’énergie électrique qui peut être théoriquement fournie par un aménagement hydroélectrique est le produit de la masse liquide, de la hauteur de chute et de l’accélération de la pesanteur. La puissance est fonction du débit et de la chute. La hauteur de chute est déterminée par la topographie des lieux et le choix de l’implantation tant du barrage que de la centrale, tandis que le débit est un facteur hydrologique. Dans la plupart des centrales modernes, les alternateurs sont couplés aux turbines par un arbre vertical; ils reposent sur le sol de la centrale, alors que les turbines se trouvent immédiatement au-dessous et demeurent invisibles. Il est néanmoins nécessaire, aux fins de visite, de maintenance et de réparation, de pouvoir accéder à l’intérieur de ces structures souterraines.

L’eau est distribuée aux turbines, selon la hauteur de chute, par un distributeur à aubes annulaire ou par une ou plusieurs buses à pointeau. Les hautes chutes utilisent des turbines Pelton à axe horizontal dans lesquelles l’eau sortant des buses vient frapper des augets convexes situés à la périphérie des roues. Les chutes moyennes font appel à des turbines Francis à axe vertical auxquelles l’eau est amenée par un distributeur placé autour de la roue; l’eau s’écoule en direction axiale. Pour les chutes plus faibles, on a recours à des turbines-hélices (turbines de Kaplan) à axe vertical dont les pales sont orientables en fonction de la charge. Dans tous les cas, la turbine entraîne le rotor d’un alternateur, c’est-à-dire d’une génératrice qui produit des tensions et des courants électriques alternatifs, plus faciles à transformer et à transporter que les courants continus.

Certaines installations du début du siècle sont encore en service, ce qui témoigne de la qualité de la conception et de la construction de leurs machines. Dans les alternateurs modernes, les courants produits prennent naissance dans les bobinages d’un circuit magnétique fixe, appelé induit ou stator, à l’intérieur duquel tourne un circuit magnétique portant les bobines inductrices, appelé inducteur ou rotor. On peut, par analogie, dire que la tension électrique produite est en quelque sorte le reflet de la hauteur de chute, et que l’intensité correspond au débit turbiné. Pour maintenir la tension à un niveau constant, il est nécessaire de modifier le débit de la turbine, ce qui se fait en fonction de la puissance demandée.

Les alternateurs des centrales hydrauliques sont le siège de courants de forte intensité et de tension élevée. Ces courants peuvent donner naissance à des arcs électriques, notamment dans les bobinages d’excitation du rotor. Ces arcs peuvent à leur tour générer de l’ozone, lequel est susceptible, même à de faibles concentrations, de détériorer les pièces en caoutchouc des tuyaux d’incendie et autres équipements.

Les alternateurs alimentent des transformateurs principaux de tranche, puis des transformateurs de puissance qui élèvent la tension et, par conséquent, réduisent l’intensité en vue d’un transport à distance. Abaisser l’intensité permet en effet de limiter les pertes d’énergie dues à l’échauffement des conducteurs pendant le transport. Dans certains transformateurs, les huiles couramment utilisées comme isolants sont remplacées par de l’hexafluorure de soufre à l’état gazeux. En fait, les décharges électriques peuvent donner naissance à des produits de décomposition notablement plus dangereux que l’hexafluorure de soufre (SF6), mais beaucoup moins importants quantitativement que le diélectrique SF6 lui-même.

Les circuits électriques sont équipés de disjoncteurs (sectionneurs) permettant d’isoler rapidement — et parfois automatiquement — un alternateur du réseau de distribution. Certains modèles utilisent un souffle d’air comprimé pour provoquer le sectionnement; en cas de déclenchement, ces appareils produisent un bruit extrêmement intense.

La plupart des gens connaissent mal la façon dont sont exploitées les entreprises de production d’électricité; c’est pourtant ce qui détermine généralement leur image aux yeux du public. Elles ont pour rôle d’assurer sans interruption un service fiable et disposent de leurs propres bureaux d’études. Au siège central, leurs organes directeurs sont assistés par des équipes d’ingénieurs et de techniciens et par un personnel administratif. Au niveau de l’exploitation, on trouve des chefs de centrale, des surveillants, des répartiteurs, des opérateurs et des équipes chargées d’assurer la maintenance des installations et d’effectuer les réparations qui peuvent être entreprises sur place. Cela peut conduire à démonter et à déplacer des pièces extrêmement lourdes et encombrantes au moyen de ponts roulants ou d’engins de levage spéciaux. Ces diverses opérations présentent les mêmes risques que les opérations analogues effectuées dans d’autres secteurs d’activité et appellent les mêmes précautions.

La production régulière d’énergie électrique consiste à gérer de manière rationnelle une série d’opérations mais, à la différence d’autres processus (ceux de l’industrie chimique, par exemple), les centrales hydrauliques sont bien souvent commandées à distance, parfois de très loin. Ce mode de fonctionnement exige, en contrepartie, des systèmes de commande, de régulation et de protection souvent sophistiqués, particulièrement efficaces et fiables. Les centrales ne possèdent pas, dans ces cas, de véritable personnel d’exploitation: la quasi-totalité des tâches du personnel sur place consistent en travaux de maintenance et de réparation courantes.

Les entreprises de production et de distribution d’électricité sont gérées traditionnellement selon une structure ascendante; cela signifie qu’elles ont, de tout temps, permis à leurs employés de s’élever dans la hiérarchie et même d’accéder à des fonctions dirigeantes. Par contre, l’introduction latérale de personnel est plutôt rare. Il en découle un facteur qui joue un rôle très positif pour la sécurité et la santé du personnel: les membres de la direction et, dans tous les cas, les cadres supérieurs, intermédiaires et subalternes, auront connu, à un moment ou l’autre de leur carrière, les mêmes conditions de travail (c’est-à-dire aussi les mêmes conditions de sécurité ou d’insécurité) que les personnes qui occupent actuellement des postes moins élevés et travaillent sur le terrain. Cela devrait avoir pour résultat une prise de conscience plus aiguë, aux échelons supérieurs de la hiérarchie, des risques encourus par le personnel d’exploitation. D’un autre côté, le fait que des personnes désormais éloignées des sources de risques puissent voir les atteintes à leur santé demeurer ignorées sous prétexte qu’elles n’y sont plus exposées devrait conduire à une certaine prudence. S’agissant du bruit, par exemple, dont on sait qu’il peut avoir des effets cumulatifs, il est possible que des personnes travaillant au siège de l’entreprise aient subi antérieurement des pertes appréciables d’audition alors qu’elles exerçaient sur le terrain des emplois impliquant une exposition professionnelle à ce type de nuisance. Ces lésions auraient pu s’aggraver entre-temps, mais elles échapperaient aux contrôles audiométriques périodiques institués par l’entreprise, puisque ces examens sont généralement réservés aux seules personnes exposées actuellement à des niveaux de bruit potentiellement dangereux.

La maintenance de ces installations comprend deux grandes catégories: la maintenance électrique et la maintenance mécanique, dont les risques peuvent être présents simultanément. Toutes deux peuvent être effectuées en parallèle, bien que les compétences et les précautions qu’elles appellent soient totalement différentes.

La maintenance mécanique peut nécessiter la mise à l’arrêt et le démontage d’un groupe turbo-alternateur entier. Le débit des turbines est contrôlé par les vannes placées au bas des conduites forcées, immédiatement en amont des groupes. Ces vannes peuvent être fermées pour interrompre l’écoulement de l’eau, par exemple lorsqu’il faut accéder à la bâche ou aux parties mobiles d’une turbine ou encore à son canal d’évacuation pour voir s’ils présentent des signes d’usure ou des fuites. Une fois le canal vidé, le plan d’eau sera ramené bien au-dessous de l’extrémité inférieure de la turbine et il sera possible de travailler dans l’espace ainsi créé.

En cas de nécessité, il s’impose parfois de retirer le rotor d’un alternateur ou la roue d’une turbine de leur logement et de les déposer sur le sol de la centrale pour nettoyer, réparer ou remplacer les bobinages, paliers, coussinets, freins, organes hydrauliques, etc., ou encore pour procéder à des travaux de peinture. Les pales, roues, aubes directrices, injecteurs, déflecteurs et bâches de turbines peuvent avoir été endommagés par la cavitation, phénomène qui se produit lorsque, par suite du mouvement de l’eau, sa pression devient inférieure à la tension de la vapeur d’eau. Il se forme alors des bulles de gaz au sein du liquide, et la turbulence causée par ces bulles entraîne une érosion des matériaux exposés. Il faut alors procéder à des réparations par soudage ou métallisation ou réparer et repeindre des surfaces en acier ou en béton. Les effets de la corrosion sur des pièces de métal devraient aussi être réparés.

Des risques très divers sont liés à la production d’énergie hydroélectrique. Certains sont communs à tous les travailleurs employés dans ce secteur d’activité, alors que d’autres ne concernent que les personnels affectés à des tâches de maintenance électrique ou mécanique. La plupart des risques potentiels sont passés en revue dans les tableaux 76.1 et 76.2, qui énumèrent également les professions exposées et les précautions requises.

La production d’énergie hydroélectrique a été présentée par le passé comme une activité sans danger pour l’environnement. Certes, la fourniture d’énergie et la stabilisation des cours d’eau présentent de grands avantages pour la société, mais elle s’accompagne toujours d’un coût pour l’environnement, qui fait l’objet d’une prise de conscience et d’une attention croissantes depuis quelques années. Ainsi, on sait aujourd’hui que le fait de submerger de grandes étendues de terres et de roches par des eaux acides peut libérer les métaux contenus dans ces matériaux. Une bioaccumulation de mercure a été constatée sur des poissons capturés dans les eaux de zones inondées.

La submersion modifie également les caractéristiques de turbulence de l’eau ainsi que son degré d’oxygénation. Ces deux éléments peuvent avoir des effets écologiques sérieux. Ainsi, les remontes de migrations anadromes des saumons ont disparu dans les rivières sur lesquelles des barrages ont été édifiés. Ce phénomène est dû en partie au fait que les poissons sont dans l’incapacité de repérer ou d’emprunter les échelles à poissons qui pourraient les conduire au plan d’eau supérieur. De plus, l’étendue d’eau retenue par une digue ou un barrage ressemble davantage à un lac qu’à une rivière, et l’on sait que les eaux calmes d’un lac ne sont pas compatibles avec les migrations des saumons.

Les mises en eau détruisent également les habitats des poissons et aussi parfois les zones de reproduction des insectes, qui servent à la nourriture des poissons et d’autres organismes. Dans certains cas, ce sont également des terres agricoles productives et des forêts qui ont disparu. La submersion de zones étendues fait également craindre des changements climatiques ou d’autres modifications de l’équilibre écologique. Par ailleurs, le fait de retenir des eaux douces qui, jusque-là, s’écoulaient dans des eaux salées suscite des inquiétudes quant à de possibles variations de la salinité en aval.