nergies Renouvelables

Jonathan LE BOUHELLEC Mathieu SAUJOT Victor TURPIN

Lapetitehydraulique

CoursC41JrmedeDINECHINFvrier2009

Introduction L'hommeutiliselaforcedel'eaucommesourced'nergiemotricedepuisl'antiquit.Ainsi,ilyavait70000moulinsenFranceen1890.Avecl'arrivedespremiresturbines,aumilieudu19mesicle,(1826pourFourneyron,1860pourFranciset1870pourPelton)etde la gnratrice de courant alternatif, on a progressivement substitu la productiond'lectricit l'utilisationdirectede la forcemcanique toutenabandonnant les sites lesmoinsproducteurs.Lescentralesmicrohydrauliquesontdonc jouun rleessentieldansl'lectrificationdelaFrance,etdenombreuxvillagesetvillesfranaiseontdleurpremirelectrification et l'arrive de l'clairage public" l'installation d'une de ces centrales, cesinstallationsontdonctpertinentespar lepasset ilestpossiblequ'ellesconserventunintrtaujourd'hui,c'estcequenousallonsnousdemander.

De manire plus gnrale, l'hydraulique reprsentait une source principale deproductiond'lectricitenFranceetdans lemondeaudbutdu20mesicle,auctducharbonetduptrole.Aujourd'huiellereprsentetoujours12%del'lectricitfranaise(56Twh)et16%del'lectricitmondiale.ElleapourprincipauxavantagesdenepasmettredeCO2,d'trecomptitiveconomiquement,defournirunecapacitlectriqueassezrgulire(centrale au fil de l'eau bienmoins intermittentes que le photovoltaque ou l'olien) etd'offrir la possibilit de fournir l'nergie lors des pointes de demande (barrage de lac).L'augmentation de la quantit d'hydrolectricit semble donc essentielle pour atteindrel'objectifde23%d'nergierenouvelableen2020enFrance,auvuedesonpotentieletdeses qualits, (aujourd'hui elle reprsente 95% de l'nergie renouvelable franaise). Nousallonsmaintenantnousintresserparticulirementaupotentieldelapetitehydraulique.

En1979,enChine, laproductiontotaled'lectricitdepetites installationstaitde6300MW,avec40,000stationsconstruitesdans lapriode1975 1979 la taillemoyennetantde85kW. Cechiffrereprsente10%de lapuissancenuclaire franaise installe, iln'est donc pas ngligeable. Cela montre que la microhydraulique peut obtenir despuissances intressantes l'chelled'unpays.LerapportDambrine(Mars2006)valuejustement les capacits daugmentation de la production lectrique partir de lnergiehydraulique.Sur lesmilliersdemoulinsquiexistaientauXIXme sicleenFrance,30000peuventtrequips,sanschangerlaconfigurationdelarivire,avecdumatrielayantuncotraisonnable.Lepotentieldescentralesentre10kWet100kW,seraitde1Twhpourunepuissancede600MWenFrance,l'ADEMEestimecechiffre24Twhpourl'Europepourl'ensemble des petites centrales. Aujourd'hui 3000 4000 micro centrales (

AinsienFrance,ilexisteunrelpotentielqu'ilconviendraitd'utilisersajustevaleur.De mme, au niveau international, lnergie hydraulique est une source importante,contrlable, relativement prvisible et facilement exploitable dnergie pour un grandnombredepaysendveloppement.Cesperspectivesouvrentdoncunventaildemarchbeaucoupplusgrandqueceluiimagininitialementetperuengnralparlegrandpublic.Nous allons maintenant entrer plus dans les dtails techniques et rglementaires pourcomprendre quelles sont les conditions et les relles possibilits de dveloppement etd'innovations.

Nousdfinissonstoutdabordlanotiondepetitehydrauliqueavantdeprsenterles principales caractristiques dune installation de production hydrolectrique. Lescontraintes rglementaires, environnementales et les aspects sociauxconomiques etpolitiqueslieslapetitehydrolectricitfontlobjetdunepartieetlesinnovationsdanscedomaine sontensuiteabordes.Nousdvelopponsenfin lesperspectivesouvertespar lapetitehydrauliquedanslespaysendveloppement.L'objectifestd'offrirunpanoramadesopportunitsdedveloppementdans ledomainede lapetitehydrauliqueetdesobstaclesassocis,ainsiquunregardsurlestechniquespermettantdelesdpasser.

I.Lhydrauliquedefaiblepuissance:classification

Lhydrauliquede faiblepuissance,parfoisdsignesous lenomgnraldepetitehydrauliqueregroupeenfaitenfaitlensembledescentralesdontlapuissanceinstallenedpassepas10MW.

Onapourhabitudedeclasserlesdiffrentstypesdecentralesdecettecatgorieenfonction de leur production. LUnion Internationale des Producteurs et Distributeursdnergielectriqueclasseparexemplelescentraleshydrolectriquesdefaiblepuissanceenpetites centrales (de 2 000 kW 10 000 kW),minicentrales (de 500 kW 2 000 kW)microcentrales (20 kW 500 kW) et picocentrales (moins 20 kW),mais les dsignationspeuventlgrementvarierselonlessources.Deplus,cesfourchettessontmodulessuivant

les pays et leurs tats de dveloppement. Il existe de nombreusesmini,micro et picocentrales en France, puisquelles constituent environ 75% des installations de faiblepuissance,maisleurimpactentermesdeproductionresteplusfaiblequeceluidelapetitehydrolectricit.Lestableauxcidessousdonnentuneidedelaformeduparcdecentralesdepetitehydraulique.

Figure1:Tailleduparcparcatgories

Figure2:Puissanceinstalleduparcparcatgories

Lestechnologiesliescesdiffrentessouscatgoriessontrelativementproches,etce sontgnralement la taille, lesdbitset leshauteursde chutequidiffrent suivant lapuissance considre, ainsi que la destination de la production. La picohydrolectricitrpondparexempledesbesoinspluscibles(hameau)etpeuttreadaptedesrseauxdeaupotableoudetraitementdeseaux;lamicrolectricit,elle,correspondsouventlarhabilitationdanciensmoulins.Nous traiterons gnralement par la suite de lensemble de ces catgories demanirecommune car audel des technologies proches quelles utilisent, elles font face descontraintesrglementairesetenvironnementalesdemmetype.

II.InstallationsetcaractristiquestechniquesCe chapitre sur la technologie et la mise en place des centrales de productionhydrolectriquepourbutdedcrirelintgralitdescomposantesdunecentraledepetiteetdetrspetiteproduction.

A.Quelquesrappelsetdfinitions:

Energie Hydraulique: lnergie hydraulique rsulte de la transformation de lnergiepotentielledune chutedeauennergiemcanique grce une turbinepuisennergielectriqueaumoyendungnrateur.HauteurdeChutenette:Hauteurdecharge,c'est ladistanceverticaleentre laprisedeauetlaturbinemoinslespertesdechargeduesauxfrottementsLaclassificationdelADEMEdistinguelescentraledebassechute(moinsde15mtres),lescentralesdemoyennechute(de15100mtres),lescentraledehautechute(essentiellementdeconduiteforce,plusde100mtres).Puissance installe: Sommes des puissances actives susceptibles dtre fournies pas lacentrale.

Kilowattheure=Energie fournieparunmachinedlivrantunepuissancede1KWpendantuneheure.Les installationsdepetiteshydrauliquespeuventtredeplusieurstype,aufilde leauouretenuedversoiraveccanaldamene:

Figure3:centralehautechuteavecdversoiretconduiteforce

Figure4:centralebassechuteenpieddebarrageOndistinguetroisprincipauxtypesdetravauxpourlamiseenplacedunecentraledepetitehydrolectricit:

LestravauxdegnieCivil Linstallationdesinstrumentshydrauliques Linstallationdesinstrumentslectriques

B.Legniecivil:

Lesprincipauxouvragesdegniecivilsontlebarrageoulaprisedeau,lesconduitesdeau,lachambredemiseencharge,ledessableuretlacentraledeproduction(btiment).Cetterubriqueatoutesonimportancedanslamesureolescotsassocisauxtravauxdemise en place sont considrables. La liste cidessous regroupe les amnagementsncessairesselonletypedecentraleetlaconfigurationdelinstallation.Lebarrage.Touteslescentralessontconstituesduneprisedeauparlebiaisdunbarragequigarantieune hauteur deauminimale et une alimentation en eau permanente. Cette installationpermetsouvent ladrivationdudbitvers lacentraledeproduction.Laprisedeauestengnrale protge contre les dbris par une grille quipe dun systme de nettoyageautomatique.LecanaldalimentationLedbitestdvidansuncanaldalimentationpermettantaufluxhydrauliquedesuivrelecheminementverslacentraledeproduction.Cecanalestgnralementenbtonarmeetnencessitepasdentretienparticulier.

LedessableurLeauducanaldedrivationcharriesouventunegrandequantitdematire en suspension (sable, boue, cailloux). Ces lmentssontparticulirementmauvaispour larentabilitde linstallation(baisse de la productivit, dgradation rapide des installationshydraulique, effet bouchon). Afin dviter de tels dgts, leaupasse dans un dessableur, sorte de bassin de dcantation, demanireliminercesparticulesensuspension. DessableurLachambredemiseenchargeCest le point dalimentation de la conduite force. Ce petit bassin permet de rguler leniveaudeauetdoncledbitdelaturbine.LaconduiteforceEllepeutprendre laformeduneconduiteexterne(voirfigure6)ouduntunnelsouterrainqui amne leau jusqu' la turbine de la centrale. Elle doit faire lobjet dundimensionnementpourviterlespertesdechargeinutile.Faitedematriauxsynthtiqueslextrieurouenmtalsuivantlapressiondechute,cestellequiguidelefluxdnergieverslacentraledeproduction.LacentraledeproductionLebtimenten luimmeestde taille rduite. Il contient lesquipementsmcaniquesetlectrique permettant de convertir lnergie (turbine, alternateur, transformateur,connexion au rseau, organe de contrle et de commande de linstallation). Les petitescentraleshydrolectriquespeuventtreintgreraupaysageenutilisantlesmatriauxetlesstylesarchitecturauxlocaux.LecanaldefuiteCest lui qui transporte leau de la sortie de la turbine jusqu' la rivire.Ce canal est engnralcreusetmuniedunevannedemanirefacilitersonentretien.La part des travaux de gnie civil dans une installation de ce type est souvent laspectbloquantdesprojetsdepetitehydraulique.Toutefois,afindelimiterlescots,laccentdoittremissurdesconceptionssimpleetfacileconstruirepourassurerunbnficemaximumetlargirlespossibilitsdimplantationdecetypedinstallation.

C.Lesinstrumentshydrauliques

Ilsagitprincipalementde laturbine.Elleestalimentepar laconduiteforceou lecanaldedrivationsuivantletypedinstallation.Lechoixdelaturbineestfonctiondutypedinstallation, de la hauteur de chute, du dbit et de son niveau de variation (certainesturbinesnefonctionnecorrectementquepourundbitdonn)etduniveaudefinancementduprojet.

Le tableau suivant synthtise les gammes dutilisation, les caractristiques et lesperformancesdesdiffrentesturbines.

Un des aspects important dans le choix dune turbine pour les projets de petitehydraulique est lamise en place dun systme de rgulation demanire optimiser lesperformances de linstallation. Ces rglages doivent permettre de garder une vitesse derotation constantepourque le rseau reste cal sur se frquencepropre. Il fautpouvoiradapter le rgimedeproductionde la turbineen fonctionde laconsommationlectriquesouhaite en sortie et du dbit de la prise deau ou de la conduite force demanire garderunevitesse.Ilexistedeuxtypesdergulation:Largulationvitessedbit:cestenfaisantvarierledbitquelonrgulelavitessederotation. Ce contrle se fait par la fermeture ou louverture dune vanne commandelectroniquementpar rtroaction.Lavitessede rotationtantmesureet transmiseunpostedecontrlequicalcullouvertureoulafermetureimposerauxvannespourimposer

le dbit.On parle de rgulation type PID. Ce type de systme est prcis et rapide et alavantage de consommer leau de manire intelligente, sans la gaspiller. Mais cesinvestissementssontplus lourdsentermesdemiseenuvre:programmationdunmicrocontrleur,insertiondecapteur,systmedeconversionnumriqueanalogique.LargulationchargefrquencePourgarder lachargelectriquedurseauconstante, lesystmedergulation jouesur ladissipationdusurplusdnergieliaudbit.Lnergienonconsommeestredirigeversdesbatteriesdersistancedemanirecequelaturbineproduiseenpermanencesapuissancenominale.Cestenaugmentantlecouplemcaniquequelonrgulelavitessederotationdelaturbineetquelondissipelnergiesousformedeffetjoules.

Il est important de se rendre compte de limportance du type de turbine et desystme de rgulation (automatique, ou rgul par lhomme). Une augmentation depuissance de 10% sur la dure de vie dune installation de ce type est videment nonngligeable,tandisqueleprixduneturbineetdesonsystmedergulationnereprsenteque15%20%ducotduprojet.Bienadapterlatechnologiehydrauliquesesbesoinsetsonenvironnementestdoncprimordial.

D.Conversionlectriqueetraccordementaurseau

Linstallation lectrique ne prend pas en compte tout ce qui est extrieur au btiment(pylnelectrique,fil,etc.).Nousnedtailleronsquelaspecttransformationdelnergie.Legnrateurdecourant:Le gnrateur transforme lnergiemcanique fournie par larbre de transmission de laturbine en nergie lectrique (courant continu ou alternatif) pouvant tre vendue oudirectementutilise.Lestroistypesdegnrateursontdtaillsdansletableausuivant.

Lencore lechoixde lagnratriceestfonctiondutypedinstallationetdesonutilisation.Linstallationpeutgalementncessiterlachatdunonduleur.

Reventeaurseau:

tions+

ueenmtropole:30c/kWh,primed'intgrationaubtide25c/kWhpendant20ans.

npeutaussilecomparerauprixmoyendukWhchezEDFd'environ0.1euro.

ronnementetlgislation:nequationcomplexe

ironnementdescoursdeau,uilsagissedelavispubliccommedupointdevuelgislatif.

A.Unerglementationcontraignante:

risprudences sont autant dcueil pour le porteur dunrojetdepetitehydraulique.

ationpotentielleudunramnagement,prcisantcertainslmentsclsquilsapportent:

tralesexistantespeuventtremodifiesedenepasaugmenterlahauteurdebarrage)

Codedudomainepublicfluvial

Pourl'hydraulique,l'arrtdu1ermars2007fixeuneduredecontratde20ansetuntarifderachatde6,07c/kWh+primecompriseentre0,5et2,5pourlespetitesinstallaprimecompriseentre0et1,68c/kWhenhiverselonlargularitdelaproduction.Acompareravecpour l'olienterrestre:8,2c/kWhpendant10ans,puisentre2,8et8,2c/kWhpendant5ansselonlessitesetpourlephotovoltaq+O

III.Hydrolectricit,enviUNousabordons ici leprincipalobstacleaudveloppementde lapetitehydrolectricit:samiseenconcurrence rcurrenteavec laprservationde lenvq

Un rapide tourdhorizonde la lgislation interfrent avec ledveloppementde lapetite hydrolectricit suffit se convaincre quelle est le principal obstacle sondveloppement.LarglementationpourlaconstructiondunemicrocentraleestenFrancelune des plus complexes et des plus contraignantes dEurope. Il est clair que pourdvelopper le secteurde lapetiteet trspetitehydrolectricit, la volontpolitiquedoitdtendrelesrglesenvironnementalesparfoistroprigoureusesaujourdhui.Lacohabitationdelexploitationdecegisementdnergiepropreetdurespectdescosystmesaquatiquedoitpouvoirexister.Lamoindreentreprisederemiseentatdunmoulinparexempleposelesquestions incontournablesde larglementationenvironnementaleetde lagestiondesrivires et cours deau. Lois sur leau, lois sur lnergie, loi sur la pche, sur les activitsnautiques, code rural et autres jupVoiciunelistedesprincipauxtextesconsidrerlorsdeltudeduneinstalloLoidu16octobre1919relativelutilisationdelnergiehydraulique(Distinctionentregrossehydrolectricitet petits ouvrages, introduction du classement en "rivires rserves", sur lesquelles aucune nouvelleautorisationdemicrocentralenepeuttredlivreet lesmicrocenseulementsousrservLoide1964surleau

Loi du 16 juillet 1976 sur la protection de la nature (obligation dtude dimpact afin de concilierdveloppementduterritoireetprservationdumilieu,imposelaconstructiondedispositifsdefranchissementdespoissonsmigrateursautitredesmesurescorrectivesoucompensatoires)Loidu16juin1984surlapcheeneaudouceetlaprotectiondesressourcespiscicoles(fixunseuilminimalpourledbitrservdbitlaisserlavaldelaprisedeaulorsqueledbitamontestsuprieurceseuiletintroduitlobligationdemiseenplacededispositifsdefranchissementetdedisposerduneautorisationpourlavidangedesretenues)Loisurleaudu3janvier1992(introductiondesSDAGE,placelescentraleshydrolectriquesautorisesdanslergimedesautorisationsdedroitcommuncresparsonarticle10et introduitgalement lanotiondtudedincidence,librecirculationdesenginsnautiquesnonmotoriss)Loisur lachaleuret lesconomiesdnergiedu15 juillet1980(augmentationduseuildepuissancepour lergimedesconcessions (de5004500KW)pour relancer linvestissement,dveloppementduprincipedesrivires rserves 10%environdu linairedes riviressur lesquellesaucuneautorisationouconcessionneseradonnepourlesusineshydrolectriquesnouvelles)Loilectriquedu10fvrier2000(obligationdachatdellectricitproduitedanslamesureolinstallationnedpassepas12MW)Loin2000627du6juillet2000relativel'organisationetlapromotiondesactivitsphysiquesetsportivesCirculairedu13 juillet1999relative lascuritdeszonessituesproximitet lavaldesbarrages(Pourdes questions relatives la libre circulation nautique, le rglement de concession ou lacte dautorisationpeuventtremodifissansattendrelerenouvellement)LadirectiveduParlementeuropenetduConseiln2000/60/CEdu23octobre2000Nous dveloppons dans les paragraphes suivants les contraintes et limites pratiquesintroduites par cette rglementation, ainsi quune discussion sur les assouplissementssouhaitables.Notons cependant que face aux objectifs Franais en termes de productionlectriquedoriginerenouvelableetdans lecadrede lapplicationde ladirectivecadresurleaude2000,deux textes rcentsont toutefoismisen avant lancessitde laisseruneporteouverteaudveloppementdelapetitehydraulique:Laloideprogrammedu13juillet2005fixantlesorientationslapolitiquenergtiqueapportedjcertainesrponsesenpointantlimportancedelhydrolectricit,concilieraveclenvironnement,etensimplifiantcertainesprocduresenlamatire(augmentationdepuissanceinfrieure20%sanscontrainte,turbinagedesdbitsrservs,)Laloin20061772du30dcembre2006surleauetlesmilieuxaquatiquesraffirmelimportancedelaprotectiondubontatdelaressourceeneautoutenabordantlaconciliationncessaireaveclaproductionhydrolectrique(rvisionselondescritresprcisdesclassementsdescoursdeauenriviresrservesoaucunouvragentaitpossible)

B.Unpotentielrduit:Leclassementdesriviresendiversescatgoriesenvuedeprotgerlescoursdeau

et leur environnement est lui aussi tentaculaire et entraine de facto une rductionconsidrable du nombre de zones dans lesquelles linstallation ou la rnovation dunecentraleestpossible.A titre dexemple, nous fournissons une liste non exhaustive de contraintes de ce typefaisantobstacleaudveloppementdelapetitehydrolectricit.

Parcsnaturels(rgionauxounationaux),coursdeaurservs(surlesquelsaucuneconcessionouautorisationnouvellenepeuttredonne)SIC(SitedImportanceCommunautairepourlaprotectiondelenvironnement),ZPS(ZonedeProtectionSpcialedelenvironnement),CoursdeauclasssPlanNationaldActionpourlesZonesHumidesadopten1995DsignationenNatura2000,ArrtdeprotectiondebiotopeMesuresfoncires(acquisitiondesitesnaturelspardesconservatoiresrgionauxoupardes

collectivitsterritoriales,)Sil'onconsidretroisbassinsreprsentatifs,celuidel'Isre,delaDordogneetdePyrnesouest, et les 100 projets d'hydraulique toute puissance envisags dans ces rgions, onobtientainsi:

On comprend donc que seul 47% des projets sont priori acceptables (ZNIEFF etaucunecontrainte).Orunprojetprsentestloindtreaccept,encroirelesstatistiquesdesaccordsdonnspar lesprfetsDautrepart les critiques sontnombreusesquantauclassement des rivires contraignant lhydrolectricit dans lamesure o il sagit dunedmarche incomplte puisque pche, agriculture, sports nautiques, activits aquatiques,rejetsdpuration,industriesouencoredragagessontautorisssurcesmmescoursdeau.Seulelaproductionhydrolectriqueestenfaitpnalise.Laloisurleaude2006seproposenanmoinsdesattaquerceclassementenlerendantplusrationnel.

C.DesdmarchespesantessansgarantiesdesuccsLesproccupationsenvironnementalestanttrsprsentesdans lesdiffrentes lois

surleaucommenousavonspulevoir,toutdossierprsentlinstructiondoitconteniruneanalysedeltatinitialdusiteetdesonenvironnementettudedimpact,portantsurunandeprlvementshydrobiologiques,des relevshydrographiques surplusieursannes,undossiertechniqueavecavantprojet,tudesgologiques,tudedesraccordements,analysedesmthodesutilisespour lvaluationetc.Toutes ces informationsncessitentenvirontroisans,parfoisjusqu10ansetde3000050000eurosdinvestissement,sansquilsoitpossible daffirmer que cet investissement dbouchera sur lacceptation du projet. Cestactuellementundespointsdeblocagedudveloppement,cardevantlenombrededossiersrefuss, plus aucun investisseur ne veut prendre de risque. Une fois le dossier completdpos,ilfautencoreplusieursmoisdinstructionparlesservicesdepolicedeseaux(DDA,services de navigation, etc.) et des passages la DRIRE, DIREN, Service dpartementaldhygine, associations de protection de la nature,Conseil suprieurde la pche,mise lenqutepublique,etc.,pourqueleprfetpublieenfinunrglementdeauarrtantlesconditionsdelautorisationdexploiteretladuredelautorisation(actuellementde40ansau maximum). Les contraintes dinsertion environnementale des quipements (aspectsvisuels, acoustiques) sont galement trs importantes en France : elles exigent dudemandeur des moyens importants pour intgrer les quipements (il est quasimentobligatoire denfouir les lignes lectriques) etminimiser les effets des travaux. Ce qui setraduitencasdacceptationdudossierpardescotsfaramineux.Deplus,leproducteurestsoumis la redevance domaniale pour les ouvrages autoriss pour occupation et pourprlvement, la taxehydrauliqueperueparVNF, les redevances versesauxagencesdeleau,laredevancepiscicoleIlsuffitdesetournerversinternetpourmesurerlampleurdesdifficultsrencontresparlescandidatslarfectiondunmoulinoulaposeduneturbinesurleurcoursdeau:forumetsitesfleurissentoilspartagentleursdifficultsaveclaloi,leprfetoulesassociationsdepcheur. En somme, un vrai parcours du combattant. Cependant, un certain nombredinnovations technologiques ou dusages permettent de limiter les impactsenvironnementaux et uvre par consquent au dveloppement de la productionhydrolectriquedefaiblepuissance.

IV.InnovationstechnologiquesHuilesbiodgradablesvoirabsencedhuile,nouvellesturbinespermettantladvalaisondespoissons,turbinagedanslesrseauxdeaupotableouuse,lesinnovationscontinuesdanscesecteurpourtantmaturedepuislongtemps.

A.Innovationstechnologiquesetenvironnementales

LaturbineVLHLaturbineVLH(outurbinetrsbasechute)dveloppparlasocitMJ2technologiepermetderentabiliserlestrsbassechutepartirdunetechnologienouvelleetncessitantmoinsdinvestissement en terme de gnie civil. Ce type dinnovation permet denvisagerlquipementdenombreusechutedepetitehauteurdlaisse jusquicipourde raisonderentabilit. Jusqu' prsent, la hauteurminimum de rentabilit dun cours deau tait de2,8m.Aujourdhui,elleestdescendue1,4m.

Depluscettenouvelleturbine(typekaplan)permettent lepassagedespoissonsentressespales.

TurbineVLHenpositionreleveTurbineVLHencoursderemplissage

Loptimisationdugniecivilestvidentepartirdesschmassuivants:

turbineKaplanaxeverticale

turbinebulbeimmerg

TurbineVLH

Lespartieshachuresreprsententlesinstallationsbtondegniecivil.Onconstatequilyunrelavantagedanslutilisationdecetypedeturbine.

Les impactsenvironnementauxde ce typede turbine sontparailleurs trs faibles.Sonimmersioncomplterduitfortementlesimpactsvisuelsetsonores.Lediamtredesaroue, lespaceentre lespaleset lafaiblevitessederotationpermettent lepassagedetouslespoissonsderivire.Concernantsescapacits, ledbitpeutvarierentre10et30m3/s,pourdespuissancesallantde100500kW.UneturbineinstalleMillau,surlesitedunancienmoulin,d'unepuissancede350kWetraccordeaurseauEDF,devraitalimenterenlectricitenviron200foyersautourducoursd'eau.Cestunexempledevalorisationintressant.

Laturbinehydrauliqueaube:roueFonfrede

Cette nouvelle technique permet derutiliserfacilementle milliersdesitesde moulins existants avec de petiteshauteur de chute. on originalitconsiste en son barrage fixe intgrdanslarouecommeonpeutlevoirsurla figure (hachur rouge), celapermetun meilleur rendement et despuissances autour de 1MW pour deshauteursdechutedelordredumtre.

s

s S

gniecivilpuisquilpeuttreutilissurdesitesexistantset ilnegnepas ledplacementdes poissons, ce qui en gnral les principaux dfauts des autres systmes, il est doncparticulirementintressant.

Cette innovation a fait galementl'objet d'une prsentation au ConseilSuprieur de la pche qui a mis unavisfavorable.Leproduitatbrevetsur une trentaine de pays dans lemonde. Il ncessite peu douvrage de

Pourdesdbitsentre5et30m3/s,deshauteursde chutesentre1et5m, il fournitdespuissances entre 20 et 2000 kW, ce systme peut donc sadapter de nombreusessituations.PlusieursentreprisescommeH3EetGestralecommercialisent.

Rouefonfredeavecbarrageintgr

Ecoclap

ebarrageclapet

e typedebarrage est rcentet assez il consiste en une

meretenantjusqu7mdeausurune

LCrpandu en France,lalargeurde30m.Oncommandeleclapetsuivantlechoixdergulationduniveauaval.

LeprincipedEcoclap,rcompensparleprixEnR21delaTechnopoledeCherbourg,consiste utiliser cemouvement deau initi par le clapet pour produire de llectricit(commeledcritleschmasuivant).

Unclapetde12mde largeuret4mdehauteurpourraitdvelopperunepuissancelectriq

blequeleprojetnetrouvepasfacilementdesinvestisseurs,peuttrecausedunep

ro

uede120kWavecsixturbines.Cettetechnologiepourraitprofiterde larnovationou de la reconstruction dun certain nombre de barrages (environ 150 prvus) poursintroduiresurlemarch.Ilsuffitdeconstruirecesclapetsspciauxavecturbinesintgrs.Lavantage est quil nest pas ncessaire de fournir un gros travail dadministration pourlautorisationetquilnyapasdegniecivil.Oncomprendquecelareprsenteunavantagenormepuisquelonsaitquelabarrireadministrativeestsouventdifficileleveretquellelimite beaucoup le nombre de projet, et que le gnie civil est une source de surcoutimportante.

Ilsemromotion insuffisantemais il restenanmoins intressantet ilestsouhaitableque

descommunautslocalesenchargedunernovationsintressentcettetechnologie.Ilexistedoncuncertainnombredinnovations intressantesdans ledomainede lamichydraulique qu'il sagirait dutiliser. De plus, aujourdhui, on voit apparaitre une grandecapacitdinnovationdanslesmodesdutilisationdelnergiehydrolectrique.

B.Innovationdutilisation

Lesoucidudveloppementdurablenouspousserflchirdemanirediffrentesurnotre faondeproduireetdeconsommernotrenergie.Cestsurcettenouvellebasederflexionquesontneslesdenouvellesidesdutilisationdelnergiehydrolectrique.Lesapplications de petites centrales lectriques sont nombreuses, et ouvre un marchinsouponndugrandpublic.Enfait, ilestpossibledetrouverdesapplicationspartoutoulon doit dissiper une pression deau (i.e. dnergie potentielle) comme par exemple, lesadductionsdeauxpotablesoulesrseauxdeauxuses,ouencoreauniveaudescentralesdedessalementoulesstationsdpurationquistockeleaudegrandequantitdeau.Enfin,larentabilitnouvelledeces technologiespermetaussidenvisager larhabilitationpeude fraisdescentralesayantcess leursactivits.Voiciquelquesexemplesdecentralesdeproductionissuesdecettenouvellerflexion.Exemplederalisationdunecentralesurleaupotable:

Vued'ensembleschmatiqued'unrseaud'eaupotableavecpossibilitsd'installationde

turbinedercupration

Photod'unecentraleintgreaurseaud'eaupotable

CentraledepasduLeinenSuisse,intgrausystme dadduction deau potable de lacommunedeVollge.Ellepermetdergulerleniveaudeau,etderduire la pression entre le captage, et lebassindestockageavanttraitement.Caractristiquetechnique:Turbinepeton2axesHn=299m;Qn=180l/sPuissanceinstalle=470KWProductionannuelle=2GWh

Exempledecentralesurrseaudeauxuses:

Schmadeturbinagedeseauxuses

Lesagglomrationsdemontagnepeuventtretrssensiblescetypedusagecarleraccordementaurseaudeauxusesdanscesrgionssefaitsouventparconduiteforce.

Toutefois ce turbinage peut se faire avant ou aprs lpuration cela dpend de laconfigurationdurseaulocal.

CentraledeLeysin,Suisse,1994Dans le cahier des charges, la centrale devaitpouvoir tre installe en 30 minutes enhlitreuillage.Caractristiquetechnique:TurbinePelton1jet,axeverticalHn=83m,Qn=105l/sPuissanceinstalle=75kWProductionannuelle=2,4GWh

A travers cette tude des techniques et des innovations lie lnergie

hydrolectriquedepetitetaille,nousvenonsdemettreenlumireunpotentielnergtiqueetunmarchquisembleencorelargementsousexploit.Cepotentielservlelevettrsdiversifi,cequiouvredespossibilitsdedveloppementetdeproductiondquipementspcifique ce type dactivit pour une grande diversit de site. Mettre au point dessystmes qui rpondent aux exigences de rendement et de simplicit dinstallation,dutilisationetdentretienreprsenteledfidecemarchendevenir.

V.Paysenvoiededveloppement

Thescarceresourceisnotenergy,butthecapitaltomakeenergyaccessible.

L'innovationadeuxfacettes,elleneconsistepasseulementdansdesdcouvertesoudesamliorationstechniquesmaisaussidanslafaonnouvelleetpertinentedontonutiliseles techniques existantes. La notion d'innovation est en partie gographique, certainsmoyensdeproduiredel'nergieconnuedepuislongtempsenEuropepeuventtrederellenouveautparexempleenAfrique. Le travailautourdesnergiesrenouvelablesestdoncdouble,celuid'innoverpouramliorerlessolutionsactuellesettrouverdenouvellessourcesd'nergiepropre,maisaussiceluid'utiliseraumieux lestechniquesdisponibles.C'estdanscettesecondevoiequenousorienteronscettepartie.Ladiffusiondesolutiontechnologiqueefficaceetconomiquementviable travers lemondedeschelles localesnoussembletreundesdfisimportantdelabataillecologique.

UnrapportpourlaBanqueMondiale,Bestpracticesforsustainabledevelopmentofmicrohydropower indevelopingcountries, fait le tourd'horizondes solutionsenvisagsdslesannes80auProu,auSriLankaetauNpal,etplusrcemmentauZimbabweetauMozambique,dansledomainedelamicrohydraulique(entre10et200kW).Les donnes montrent que dans certaines circonstances la micro hydro peut tre plusapproprie et profitable que les autres options nergtiques et donc devrait tre traite

commeunesolutionpossibledumixnergtiquepoursatisfairelesbesoinsdepopulationsrurales.Pourtant,elleestresteassezdmodeetatdansunecertainemesurengligelafoisparlesprogrammesprincipauxdesgrandesentreprisesetparlesgouvernements.Ils'agit donc de rhabiliter cette solution et de se poser rellement la question de sapertinencesuivantleslieuxd'implantations.

Lecotmoyen(enUS$1998constant)deschantillonstudisest$965parkWpourlesinstallationsutilisespourleurnergiemcaniqueet$3,085parkWpourceuxgnrantde l'lectricit, en incluant les cots de transmission et de connections. Cela semblecomptitifpuisqu'enmoyenneonacentralegaz:621Mpour1GW,centraleaucharbon:1242Mpour1GW,centralenuclaire:2662Gpour1GW,parcoliens:1269Mpour1GWenFrance.Certes, lesconditionsdespayssonttrsdiffrentes,quecesoit lesmoyensdescommunautspourmettreenuvrel'installationoupourpayerl'lectricitparlasuite.Nanmoinscelamontrequemmedansuneperspectivegnrale,cesinstallationsnesontpasirrationnellesconomiquement.

De plus, les vrais alternatives au micro hydraulique ne sont pas les centrales,nuclairesougaz,carnousenvisageonsicidesproblmatiqueslocales,etcessolutionsneseraientpasadaptesetbientroponreuses.Lesautressourcesd'lectricitsontplutt legroupe lectrogne, l'olien et les panneaux photovoltaques. Or le photovoltaque estencoretropcher(entre5000et10000euro/kW),bienqu'ilsoitparfoismisenavantlorsdeprojetsdans lespaysen voiededveloppement,bnficiant lde son cttendancecologique et du fait qu'il est un produit forte valeur ajoute pour les entreprisesoccidentales. L'olien est comparable niveau prix la micro hydro, c'est donc selon lecontexte gographique que ce fera le choix. Concernant le groupe lectrogne, sonfinancement correspond bien aux capacits des petites communauts pauvres: peud'investissement initial, achat par petite quantit du carburant. Sa rentabilit globaledpend du prix du carburant dans le pays, nanmoins, avec une aide l'investissementinitialparune institution internationaleouuneONG, lamicropeut reprendre leavantageparlefaitqu'iln'yaquasimentpasdefraisultrieurlaconstruction.Deplusseulelamicroprsente lapossibilitdepouvoirfournirdirectementde l'nergiemotricecequipeuttreparticulirement bien adapt certaines utilisations, elle prsente aussi l'avantage de lafiabilit.Cesprojetspeuventaussitre l'occasiondedvelopperunepetite industrie localedeproductiondeturbine,commeauPrououauSriLanka,divisantquasimentpar10leprixdefabrication.

Il semblerait que la plupart des projets sont financirement viable ou pourraientl'treavecdesprixdeventedel'lectricitunpeupluslev.Enfaitceuxquialimententdespetitesentrepriseouquiserventmoudrelegrainsontplusrentablesquecellesfournissantde la lumire,et sontdoncpertinentesconomiquement.Mais ce sont cesderniresquisont le plus demandes, l'lectrification des foyers tant une attente forte. Ces deuxutilisationspeuventtre lies,ettreprofitables socialementetconomiquement. Il fautnoterquelecalculdeprofitabilitfinanciresefaitavecdestauxd'actualisationassezlev

du faitduprixde l'argentdanscespaysetnevalorisedoncquepeu lecaractrede longtermedelacentralehydraulique(30ans).

Enfin d'aprs une tude pour le UKs Department for International Developmentmene en thiopie et auNpal, les installations demicro hydraulique aurait un impactimportant sur la rduction de la pauvret, par les possibilits nouvelles offertes parl'lectricit en terme de sant, d'ducation, de temps gagn et de cration d'activit. Etmmesileprojetestd'abordconomique,ils'avrerafacilementsocialementprofitableparlasuite.

AuNpal,environ900installationsonttcrdepuis1996etenviron80%d'entreellesmoulentdugrain,auSriLanka, ilyenaenviron130.AuProu, 47systmesmicrohydraulique ont t installs dans la rgion par Practical Action (ONG), apportant lapuissancede l'nergiepropreenviron30,000personnes (pour cesprojets, cetteONGaremport le prix Sasakawa 2000 remis par le Programme des Nations Unies pourl'Environnement(PNUE)).ExemplesauMozambiqueetauZimbabwe:

Lacooprativede Nyafarus'tendsur600ha,avant lamiseenplaceduprojetdemicrohydraulique,lapopulationutilisaitdesbougiespours'clairer.Uneolienneinstalle15ansauparavantne fonctionnaitpasbiencaused'unemauvaise intgrationausite.Etquandl'hydrauliquefutmiseenplace,lefaitqu'ellesoitplusfiablequelespanneauxsolairesde la cliniqueetque l'oliennedumagasin, firentque ceux cine furentplusutiliss.Onarrtaaussid'utiliserlegroupelectrognecauseducotducarburant.Unexpertnpalaisatembauchpourconseillerleprojet,demmeque4technicienslocaux,l'ONGPracticalAction tant l pour soutenir le projet. Une petite entreprise ainsi que l'universit demcaniqueont aussi t impliqudans leprojet. L'installationproduit environ 20 kWdemanirefiablepour lemagasin, laclinique, lescolessecondairesetprimaire,20foyersetlesmatrielsdelaferme.

Lesfoyersconnectspayentunabonnementde2.65$initialementet7.14depuis99;pourdesfraisdeconnectionsde73$(ceprixlevalimitlenombredefoyerslectrifis20).Leprojetat financpardescontributionsd'organisation (CommissionEuropenne;Cadburys;theUKOverseasDevelopmentAgency(ODA);et GermanAgroAction(GAA))etpar la communaut de Nyafaru. Si on considre ces dons comme des investissementsnormaux, leprojetneseraitpasrentable,causedu tauxd'inflation,de la faiblecapacitdesfoyerspayeretd'unprixdeconstructionassezlev.

Troisautresprojetscomprenantlamiseenplaced'uneturbinepourmoudrelegrainmontrentunerentabilitmeilleure.Nanmoins,cesprojetspeuventtreconsidrscommedes russites car ils ont bien apport une source fiable et suffisante d'nergie despopulations qui n'en avaient pas. L'arrive d'une source locale d'lectricit changerellementlaviequotidiennedelacommunaut,ilrhabilitedespopulationsquipouvaientse considrer comme des citoyens de secondes zones,mis l'cart du rseau national.

Surtout,ilfautnoterquelamiseenplaceetl'utilisationdecescentralesvas'amlioreraufildes expriences, amliorant du mme coup la rentabilit. Enfin, une dynamique dedveloppement initie par l'arrive de source d'nergie dans la rgion et la stimulationd'activits pourrait amliorer les capacits aujourd'hui faibles des foyers payer unabonnementd'lectricit,rendantlesprojetsviablespourdesinvestisseursprivs.La micro hydraulique semble donc parfaitement adapte aux besoins de petitescommunauts sans ressources nergtique et disposant d'une source d'eau et d'unminimumderelief.

Parexemple, lONGPracticalaction construitdes centrales avec un cotmoyen de 1000euro/ kW, au Kenya, par exemple: on a200L/s,200md'aqueduc,12mdehauteurdechute,et14kWproduitpourunvillage.Practical action: canal de prise d'eau d'unecentraleauKenya

Conclusion:

Cetravailnousapermisdecomprendrequ'ilexistaitunpotentiel importantpour lamicrohydraulique en France, la fois par l'histoire de cette sourced'nergie dans notrepays, par notre gographie propice ces implantations et par les technologies et lesinnovationsdisponiblesaujourd'hui.AuvuedesobjectifsmisenavantparlaFrancedanslalutte contre le changement climatique, il nous semble donc que le dveloppement de lamicrohydrolectricitatoutesaplacedanslepaysagefranais.Sesqualitstechniquesluipermettentdes'adapterdemultiplesconditions,safiabilitetsoncotmodrenfontunmoyenconomiquementrentabledeproduiredel'lectricit.Ellelatrouveradautantplussa place que les externalits carbone lui donneront dans lavenir un nouvel avantagecomptitif.

Nanmoins il existe plusieurs obstacles. Tout d'abord cette source d'nergierenouvelablen'estpaslaplusmiseenavantencemoment,lamodevapluttauxoliennesetauxpanneauxsolaires,ceuxciapparaissantcommedessymbolesgreentech;ilconvientdoncderhabiliterlapertinencedecettesolutionparuneexpertiseplusrationnelle.Ensuitelarglementationsvrerestreintbeaucouplespossibilitsdedveloppement,silerespectdescoursd'eauetdespoissonsnoussemble important ilesttoutdemmencessairedeprocderunarbitrageentrecetteexigenceetlaproductiond'nergierenouvelable.Enfin,lescommunautslocalesontungrandrlejouerdanslamicrohydrolectricitpuisqu'ellesont les mieux placs pour rnover ou rutiliser des installations existantes sur leursterritoires.Maispourutiliseraumieuxlesinnovationsexistantes,ilfautqu'ellesdtiennentl'information, et qu'elles aient la volont de s'en servir. Les organismes d'tat commel'ADEMEdoivent faire tout leurpossiblepourdistribuercetteconnaissance loelleserautile. Le fait que ces projets soient rentables la fois conomiquement mais aussipolitiquement,unprojetnergierenouvelablepeutreprsenterbeaucoupdansunepetitecommunaut,doitfairequelesinitiativessemultiplient.Enfin, la microhydraulique semble tre particulirement adapte aux pays en voie dedveloppementetpeutapporterunesourced'nergierenouvelablefiableetpeucouteusedespopulationsisolesetainsiinitierunedynamiquededveloppementdanscesrgions.Pourconclure,parlamultiplicitdespossibilitsoffertes,lamicrohydrauliquenoussembletreunesourced'nergierenouvelablepleined'avenir.

Bibliographienonexhaustive:DIRECTIONDESETUDESECONOMIQUESETDELEVALUATIONENVIRONNEMENTALERapportdugroupedetravailPetitehydrolectricitetEnvironnementMINISTREDEL'CONOMIEDESFINANCESETDELINDUSTRIElesperspectivesdedveloppementdelaproductionhydrolectriqueenFrance(RapportDambrine)ADEMESocitHydrotechniquedeFrance,Novembre1998,LesPetitsAmnagementsHydrolectriquesGuidepourlintgrationdanslEnvironnementHYDROM,Novembre1994,GuidedInsertiondesPetitesCentralesHydrolectriquesdanslEnvironnement

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