Comment le barrage des Trois Gorges (Chine), le plus grand du monde, ralentit la rotation de la terre

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    Lorsqu’il est rempli, le barrage des Trois Gorges augmente la durée de la rotation de la terre sur elle-même et donc d’une journée de 0,06 microseconde, 60 milliardièmes de seconde. Ces variations infimes ne sont pas anecdotiques. Car pour contrôler les satellites ou faire naviguer avec précisions les sondes qui visitent les autres planètes du système solaire, les agences spatiales ont besoin de connaître l’orientation et la période de rotation de la Terre avec une extrême précision. 

    Source : www.transitionsenergies.com

    Contrairement à ce que nous croyons ou imaginons, les mouvements de notre planète dans l’espace sont soumis à des variations permanentes, infimes mais bien réelles. Il n’y a en fait pas deux rotations de la terre sur elle-même, c’est-à-dire pas deux jours, qui ont exactement la même durée. Ainsi, le 29 juin 2022 a été la journée la plus courte mesurée avec 1,59 millisecondes de moins que la moyenne. Cela serait la conséquence de mouvements provenant des profondeurs sous l’écorce terrestre.

    Il y a en fait de nombreux facteurs qui peuvent affecter la rotation de notre planète, notamment les tremblements de terre. Le fameux tremblement de terre au large du Japon du 11 mars 2011 d’une magnitude de 9,1, le plus important séisme jamais enregistré dans ce pays, qui a provoqué, entre autres, l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima, a accéléré la rotation de la terre de 1,8 millionième de seconde selon des calculs effectués par la Nasa.

    Le barrage des Trois Gorges est long de 2.300 mètres et haut de 185 mètres

    La gravité de la lune contribue elle à ralentir la rotation de la terre en retenant les océans comme le démontre le phénomène des marées. De ce fait, les jours s’allongent d’environ 2 millisecondes par siècle.

    Ce qui est moins connu est l’impact des constructions humaines à la surface de la planète. Cela est lié à ce qui est appelé en physique un « moment d’inertie ». Plus la masse d’un objet est importante et plus cette masse est éloignée du centre de rotation, plus l’objet résiste à la rotation.

    Le barrage des Trois Gorges haut de 185 mètres et long de plus de 2.300 mètres en apporte une bonne illustration. Enjambant le fleuve Yangtze dans la province de Hubei, en Chine centrale, il s’agit du plus grand barrage du monde. Lorsque le barrage est rempli, le moment d’inertie augmente, créant une (très très petite) résistance à la rotation de la Terre. En 2005, un scientifique de la NASA, le Dr Benjamin Fong Chao, a calculé que lorsqu’une telle masse est concentrée en un seul endroit, elle suffit à modifier la rotation de la Terre. Lorsqu’il est plein, le barrage augmente la durée du jour de 0,06 microseconde, 60 milliardièmes de seconde. Benjamin Fong Chao a également calculé que le barrage pouvait déplacer les pôles de la Terre d’environ deux centimètres.

    L’impact de la fonte des glaces au Groenland est bien plus important

    Le barrage des Trois Gorges est réellement une construction hors norme. Elle a nécessité 28 millions de mètres cubes de béton et suffisamment d’acier pour construire 63 copies de la Tour Eiffel. Il a fallu 17 ans à 40.000 personnes pour construire le barrage, pour un coût total de 37 milliards de dollars. Il peut contenir 40 milliards de mètres cubes d’eau.

    Mais l’impact sur la rotation de la terre du barrage des Trois Gorges est faible comparé à celui de la fonte des glaces du Groenland. Selon des calculs faits par le Professeur Maik Thomas et le Docteur Robert Dill du Centre de recherche allemand sur les géosciences, la perte de masse glaciaire au Groenland modifie 10 fois plus la longueur d’une journée que la première fois que le barrage des Trois Gorges a été rempli.

    Et ce ne sont pas des évolutions anecdotiques en dépit du caractère infime des changements mesurés. Car pour contrôler les satellites ou faire naviguer avec précisions les sondes qui visitent les autres planètes du système solaire, les agences spatiales ont besoin de connaître l’orientation et la période de rotation de la Terre avec une extrême précision. Les changements subtils provoqués par des mégastructures comme les Trois Gorges sont en fait suffisamment importants pour fausser les trajectoires des sondes.


    Barrage des Trois-Gorges

    Le barrage des Trois-Gorges (chinois simplifié :  ; chinois traditionnel : 三峽大 ; pinyin : Sānxiá dàbà) est un barrage sur le Yangzi Jiang, situé dans la province du Hubei, au centre de la Chine. Il a été mis en service par étapes de 2003 à 2012 et a créé une retenue de 600 kilomètres de longueur.

    Il s’agit de la plus grande centrale hydroélectrique au monde par sa puissance installée1.

    Caractéristiques

    Le barrage des Trois-Gorges est situé à Sandouping, près de Yichang, dans la province du Hubei en Chine, à la limite de la région montagneuse du Haut-Yangzi et de la plaine du Moyen-Yangzi, en aval des Trois Gorges et à 38 km en amont du barrage de Gezhouba, là où le fleuve a un débit de 14 300 m3/s. La décision de construire le barrage a été prise à l’Assemblée populaire en 1992, avec un nombre record d’abstentions et d’oppositions au projet. Le chantier a démarré en 1994 et en 2000, le fleuve Yangzi Jiang est dévié, alors que le barrage monte jusqu’à 80 mètres de haut.

    Barrage

    C’est un barrage poids, long de 2 335 mètres et haut de 185 mètres. Le niveau maximum d’eau du réservoir par rapport à la mer est de 175 ou 185 m. Sa construction a nécessité 27 millions de mètres cubes de béton2.

    Le barrage est constitué de plusieurs parties avec d’ouest en est :

    • un tronçon usine hydro-électrique avec quatorze turbo-générateurs d’une puissance unitaire de 700 MW ;
    • un tronçon déversoir ;
    • une deuxième usine hydro-électrique avec douze turbo-générateurs d’une puissance unitaire de 700 MW ;
    • la partie destinée à la navigation, avec ascenseur à bateau et cascade d’écluses ;
    • une troisième usine hydro-électrique composée de six turbo-générateurs d’une puissance unitaire de 700 MW et de deux groupes de 50 MW chacun.

    Réservoir

    D’une superficie de 1 084 km2, le réservoir est étroit et s’étend jusqu’à Chongqing en amont. Le volume d’eau emmagasiné est de 39,3 km3 (39,3 milliards de mètres cubes, soit une masse comparable en tonnes). La capacité de décharge est de 116 000 m3/s. La puissance des jets qui sortent du barrage a nécessité la construction de « tremplins » afin d’éviter l’érosion du pied du barrage ; l’eau ainsi rejetée a une hauteur de chute d’environ 90 mètres. Le bassin versant qui alimente le réservoir mesure un million de kilomètres carrés.

    Franchissement du barrage pour la navigation

    Le barrage peut être franchi par un ascenseur à bateaux et un système d’écluses. Grâce à ceux-ci, la navigation sur le Yangzi est possible de six à neuf mois par an. Le trafic fluvial annuel est passé de 10 à 50 millions de tonnes pour des coûts de navigation abaissés de 27 %. La sécurité de la navigation est améliorée grâce au débit régulier sur 650 km.

    Escaliers d’écluses

    Escalier d’écluses pour le passage du barrage des Trois Gorges par les navires, mai 2004.
    L’escalier d’écluses vu du sommet du barrage. À l’arrière plan, le pont suspendu.

    Un gigantesque double escalier d’écluses de près de 1 500 m de long (quatre sas de 280 m et un de 350 m de long et 34 m de large) a été construit dans chaque sens. Cette échelle d’écluses à cinq niveaux permet le passage de navires de 10 000 tonnes. Le dénivelé franchi est de 113 m, soit plus de 20 m par sassée. Chaque écluse enchaîne sur la suivante par des portes ouvrantes de 25 m de haut.

    Cette installation vise à permettre un accroissement du transport par bateau de 10 à 100 millions de tonnes annuelles, par une réduction de coût estimée entre 30 et 37 %. La navigation sera plus sûre sur le lac, contrairement à la navigation ancienne sur les Gorges3. Des navires plus grands et de plus grand tirant d’eau vont désormais pouvoir circuler sur 2 400 km de Shanghai à Chongqing. L’accroissement attendu est une multiplication par cinq du trafic4,5.

    Ce dispositif est 30 m plus long que celui de la voie maritime du Saint-Laurent, mais deux fois moins profond. Avant la construction du barrage, la capacité maximale au niveau du site des Trois Gorges était de 18 millions de tonnes par an. De 2004 à 2007, ce sont au total 198 millions de tonnes qui ont franchi les écluses. La capacité de transport a été multipliée par six et les coûts réduits de 25 %. Une capacité totale de 100 millions de tonnes par an devrait être atteinte3.

    Ces écluses sont en fait un dispositif spécifique généralement appelé « escalier d’eau » ou « escalier d’écluses », où chaque porte intérieure sert à la fois de porte inférieure d’une écluse et supérieure de la suivante. Un tel dispositif présente l’inconvénient d’une indisponibilité de l’ensemble si un seul des éléments est endommagé, ainsi qu’un franchissement très long en temps (environ h). Le système est cependant efficace car chacun des escaliers d’eau est destiné à une direction.

    Ascenseur à bateaux

    Un ascenseur vertical à bateaux à sas simple permettant le mouvement de navires de 3 000 tonnes a été inauguré le . Le bac de l’ascenseur mesure 120 m de long, 18 m de large et 3,5 m de profondeur, soit 7 560 tonnes d’eau transportée à chaque trajet6.

    Il s’agit du plus grand ascenseur à bateau du monde, surclassant l’ascenseur de Strépy-Thieu en Belgique.

    Capacité de production

    Les 26 générateurs de 700 MW7 (fournis par les constructeurs allemand Voith, autrichien Andritz et le français Alstom) et les huit générateurs de 6 × 700 MW et 2 × 50 MW (construction achevée en 2011) de la centrale ont une puissance installée de 22 500 MW8, soit sept fois la capacité des centrales hydroélectriques du Rhône (2 950 MW) ou l’équivalent d’une vingtaine de tranches de centrales nucléaires. La hauteur de chute est d’environ 90 m. Selon les plans originaux, le barrage devait couvrir 10 % de la consommation nationale9, cependant il en couvre à peu près 3 %[réf. nécessaire].

    Production

    Graphique de production mensuelle
    Capacité de production saisonnière.

    En 2014, la centrale a produit 98,8 TWh, selon les autorités du barrage, nouveau record mondial de production d’hydroélectricité, détenu jusque-là par la centrale paraguayo-brésilienne d’Itaipu avec 98,6 TWh en 201310.

    Selon la société exploitante, China Three Gorges Corporation, la centrale hydroélectrique des Trois Gorges a produit 111,8 TWh d’électricité en 2020, battant le précédent record de 103,098 TWh en 2016, détenu par la centrale électrique du barrage d’Itaipu. En 2021, la production s’est élevée à 103,6 TWh11.

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