Mini-centrales hydroélectriques
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Description

La petite hydroélectricité est un moyen de production électrique propre, facile à mettre en oeuvre et à entretenir, pour peu que l'on dispose de la ressource naturelle nécessaire à proximité.


Quells sont les conditions d'installation ? Que faut-il savoir avant de se lancer ? Autant de questions auxquelles ce livre répond. Vous y trouverez toutes les notions élémentaires à connaître dans les domaines de l'hydroélectricité appliquée aux petites centrales, le contexte juridique et technique, et quelques exemples vous permettant de mettre en place une centrale hydroélectrique à votre portée et adaptée à vos besoins.


Un guide pratique et sur mesure pour économiser votre énergie !



  • Des moulins aux grands équipements

  • Le contexte actuel et l'avenir

  • La définition et les dossiers du projet

  • Le dossier d'autorisation

  • Les ouvrages

  • Les matériels

  • Les systèmes de conduite et de surveillance

  • La réalisation et l'exploitation

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 07 juillet 2011
Nombre de lectures 90
EAN13 9782212409796
Langue Français

Informations légales : prix de location à la page 0,0049€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Exrait

MINI-CENTRALES HYDROÉLECTRIQUES
Pierre Lavy
É DITIONS E YROLLES
61, bd Saint-Germain
75240 Paris Cedex 05
www.editions-eyrolles.com
Conception de la maquette intérieure  : Dazibao
Mise en pages  : FG Compo
Le code de la propriété intellectuelle du 1 er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique s’est généralisée notamment dans les établissements d’enseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd’hui menacée.
En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre Français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris.
© Groupe Eyrolles, 2011, ISBN : 978-2-212-12840-6
D ANS LA COLLECTION « E YROLLES E NVIRONNEMENT »
L ÉON -H UGO B ONTE . – Réaliser et entretenir son mur végétal, G12730, 2 e édition, 2010
E DWIGE L E D OUARIN - M ARTIN W ERCKMANN . – L’assainissement écologique, G12310, 2010
B RUNO H ERZOG . – Le puits canadien, G12723, 2 e édition, 2010
B ERTRAND G ONTHIEZ . – L’arrosage automatique, G12718, 2010
B ERTRAND G ONTHIEZ . – Utiliser l’eau de pluie, G12679, 2 e édition, 2010
P HILIPPE G UILLET . – Baignades biologiques, G12710, 2010
P AUL DE H AUT . – Chauffage, isolation et ventilation écologiques, G12998, 2 e édition, 2011
E MMANUEL R IOLET . – Le mini-éolien, G12597, 2 e édition, 2010
E MMANUEL R IOLET . – L’énergie solaire et photovoltaïque pour le particulier, G12678, 2 e édition, 2010
B RUNO B ÉRANGER . – Les pompes à chaleur, G12652, 2 e édition, 2010
F RÉDÉRIC S ÉNÉ . – Les pollutions électromagnétiques, G12638, 2009
D ANS LA COLLECTION « L ES GUIDES DE L’HABITAT DURABLE »
J EAN -M ARC P ERCEBOIS . – Le guide du chauffage géothermique, G12342, 2 e édition, 2011
P HILIPPE G UILLET . – Le guide des piscines naturelles et écologiques, G12348, 2008
P AUL DE H AUT . – Vivre sain au quotidien, G12475, 2009
B RIGITTE V U . – Le guide de l’habitat passif, G12365, 2008
Sommaire
Remerciements
Avant-propos
Introduction
Chapitre 1 – Des moulins aux grands équipements
Le temps des moulins
L’électricité : force et lumière
L’hydraulique : la houille blanche
De la roue de moulin à la turbine hydraulique
La mise au point des turbines
Les conduites forcées
L’électrification du pays
L’industrie et les villes
L’électrification rurale
L’essor de l’hydroélectricité
Le développement local
La croissance de la demande
Les grands équipements
Chapitre 2 – Le contexte actuel et l’avenir
Les gisements
Réhabilitations de sites anciens
Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Des solutions d’avenir ?
Rentabilité
Contexte environnemental
Le classement des aménagements
Contexte réglementaire
Les droits d’eau
Les lois sur l’eau
Électrification d’un site isolé
Chapitre 3 – La définition et les dossiers du projet
Les ouvrages
Ouvrage de prise
Ouvrage d’amenée
Ouvrage de production
Ouvrage de fuite
Le dimensionnement
Puissance potentielle de la chute
Production possible
La faisabilité
Les capacités d’un site
La conception des ouvrages
La définition des matériels
Chapitre 4 – Le dossier d’autorisation
Identité du demandeur et objectif du projet
Situation géographique et emprise territoriale
Caractéristiques techniques
Description des ouvrages et équipements
Dossier ou notice d’impact
Contrat de vente
Économie du projet et capacité financière de l’entrepreneur
Chapitre 5 – Les ouvrages
Les accès
Le barrage
La passe à poissons
La prise d’eau
Les ouvrages d’amenée
La centrale
Le bâtiment
Les groupes
L’ouvrage de restitution
Chapitre 6 – Les matériels
Les vannes
Vannes de surface
Vannes en conduite
Les turbines
Turbines à action
Turbines à réaction
Le multiplicateur de vitesse
Les anciennes techniques
Les techniques actuelles
Les générateurs électriques
Génératrice asynchrone
Alternateur
Les transformateurs
Transformateurs à huile
Transformateurs secs
Transformateurs de mesure
Les circuits électriques
Les organes de coupure électrique et de protection
Les câbles de puissance
Les cellules
La ligne de transport
Chapitre 7 – Les systèmes de conduite et de surveillance
La régulation des très petites installations
La régulation de vitesse
La régulation de tension
La conduite des centrales
L’automate de conduite
L’automate de protection
Les comptages
La télésurveillance
Chapitre 8 – La réalisation et l’exploitation
La réalisation
Les acteurs du chantier
Les commandes et contrats
Le déroulement du chantier
La mise en service
L’exploitation
Les contrôles de fonctionnement
La sûreté hydraulique
La maintenance
Chapitre 9 – Exemples de réalisations
Une filature près d’un torrent
Des centrales sur l’eau potable
Microcentrales
Picocentrales
Une habitation isolée
Caractéristiques
Coût
Déroulement des travaux
Maintenance
Un nouveau concept pour les très basses chutes
Le développement des VLH ®
Les réalisations industrielles
Glossaire
Pour aller plus loin
Notions et mesures de base
Les unités
Les unités de l’électricité
Les unités de l’hydraulique
Les autres unités
La détermination d’un débit
Les bonnes adresses
Organisations professionnelles
Industriels
Bureaux d’études
Remerciements
Un livre technique est écrit à partir des connaissances personnelles de l’auteur, mais il faut les enrichir en faisant appel aux nombreux acteurs du domaine pour compléter et confirmer ses écrits.
Je dois tout particulièrement remercier Jean-Pierre Catalan, toujours au fait des dernières actualités liées aux petites centrales et toujours prêt à les faire partager. Il m’a particulièrement aidé à trouver des illustrations dans les archives FHYM et SHEMA et à établir des contacts utiles.
Je remercie aussi Gilles Bernard et Pascal Simon pour leur accueil et les documents Hydrostadium qu’ils m’ont transmis. Leur expérience dans les rénovations et les constructions de petite hydraulique m’a été précieuse.
Les professionnels que j’ai sollicités ont toute ma gratitude, en particulier Jacques Fonkenel et Marc Leclerc pour les VLH ® ainsi que ceux des entreprises ou organismes comme l’ADEME, France Hydro-Électricité, GERES, Écowatt.
Enfin je n’aurais jamais pu aller au bout de cet ouvrage sans l’aide de mes interlocuteurs des éditions Eyrolles, que je remercie pour leur disponibilité et la perspicacité de leurs conseils.
Avant-propos
La maîtrise de l’énergie nécessaire à l’activité humaine est au cœur de l’actualité. La consommation d’énergie ne cesse d’augmenter et les sources les plus utilisées actuellement, les énergies fossiles, vont se raréfier tandis que leur prix ne cessera d’augmenter.
Le réchauffement climatique est une réalité. Depuis la dernière glaciation, la température moyenne du globe se réchauffe, depuis 15 000 ans, même si elle s’est ralentie lors de quelques épisodes comme aux XVI e et XVII e siècles. Depuis l’ère industrielle, elle ne fait que croître, et l’effet de serre qui régule le climat est sensible aux émissions des gaz de combustion et à ceux émis par l’industrie.
Des gouvernements de pays industrialisés ont pris conscience de ces faits et se sont donné des objectifs de réduction des gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto 1997, entré en vigueur dans l’UE en 2005), et le GIEC (Groupe intergouvernemental sur l’évolution du climat) sous l’égide des Nations unies émet périodiquement des rapports pour, selon sa propre définition, « mieux comprendre les risques liés au changement climatique d’origine humaine, cerner plus précisément les conséquences possibles de ce changement et envisager d’éventuelles stratégies d’adaptation et d’atténuation ».
Si certains scientifiques contestent que le réchauffement soit dû à la seule activité humaine, tous s’accordent sur le fait que les énergies fossiles économiquement utilisables se raréfient. Et tous sont également d’accord pour agir sur la maîtrise de l’énergie consommée par l’activité humaine et le développement des énergies renouvelables.
Or, une énergie propre, renouvelable, sans gaz à effet de serre, ne nécessitant pas l’utilisation de métaux rares existe, c’est l’énergie hydraulique.
C’est la plus ancienne des énergies, autre qu’animale, que l’homme ait utilisé. La force motrice de l’eau a entraîné des machines pour tous les corps de métier qui nécessitent des travaux pénibles ou des forces importantes. En cherchant à moderniser les roues à aubes et à augmenter leur puissance, les ingénieurs ont mis au point les turbines, plus performantes et plus puissantes. La découverte de l’électromagnétisme a conduit à la mise au point des générateurs pouvant alimenter des moteurs puis, avec la découverte de la lampe électrique, l’électricité est devenue indispensable à l’homme et son développement.
Malgré la concurrence des centrales thermiques à combustibles ou nucléaires, les grands équipements hydrauliques sont toujours indispensables pour le réglage du réseau, en raison de leur rapidité de réponse à un appel de courant et à la disponibilité des équipements. En Europe, les sites gravitaires sont quasiment tous équipés. Par contre, les qualités de la production hydraulique ont une application d’avenir avec les petites unités qui peuvent fournir une solution écologique de production d’électricité domestique au même titre que le photovoltaïque, pour peu que l’on dispose des ressources naturelles adaptées.
C’est le propos de cet ouvrage, qui permettra au lecteur, après un bref rappel historique, de trouver les éléments nécessaires pour réaliser une petite centrale hydroélectrique (PCH) ou une très petite centrale hydroélectrique (pCH).
En marge de la réalisation, ce guide fournit des informations sur le contexte réglementaire à respecter, la démarche à suivre, la description des ouvrages et des matériels, la conduite d’une centrale et la maintenance, et des exemples de réalisation.
Pour en savoir plus, des notions de bases relatives aux définitions des unités de grandeurs physiques des domaines hydroélectriques et des méthodes de mesures des débits sont réunies à la fin de l’ouvrage.
Enfin, un répertoire rassemble les coordonnées des principaux acteurs de l’hydroélectricité, organisations professionnelles, industriels et bureaux d’études.
Introduction
La mini-hydraulique a toujours occupé un créneau à l’ombre des gros équipements, grâce à un régime d’obligation d’achat par le réseau EDF, et ce, malgré des temps de retour sur investissement assez longs et des exigences environnementales accrues. On dénombre plus de 1 800 réalisations qui livrent leur production au réseau, tandis que d’autres sont restées autonomes pour alimenter des habitations isolées ou des artisanats.
Avec l’augmentation inexorable du coût des énergies fossiles, la petite hydraulique devient une réponse partout où l’eau courante est disponible. Les constructeurs de matériels hydroélectriques ont recherché des turbines adaptées aux faibles puissances et l’électronique de puissance permet d’obtenir des générateurs adaptés à ces machines. Les particuliers et les collectivités pourraient trouver ici des solutions économiques et écologiques répondant à leurs besoins énergétiques.
Le rééquipement de nombreux sites, comme les moulins abandonnés, devient rentable en utilisant le barrage et l’emprise foncière existants. La remise en état d’installations hydrauliques publiques vétustes, comme les canaux d’irrigation ou digues de protection, peut être rentabilisée par l’installation de production hydroélectrique. La pression des adductions d’eau qui nécessite d’être réduite peut l’être par des turbines. Les habitations isolées situées près d’un torrent peuvent s’équiper de petites turbines.
Avant d’envisager un projet, familiarisons-nous, dans les pages qui suivent, avec l’énergie hydraulique.

À retenir
Pour « faire » du courant électrique à partir de la force de l’eau, il faut :
– un courant d’eau déviée, le débit ;
– un dénivelé, la hauteur de chute ;
– le droit d’utiliser cette force, le titre.
Des moulins Aux grands équipements
LE TEMPS DES MOULINS
Depuis des temps très anciens, la force de l’eau courante a été utilisée pour remplacer l’énergie humaine ou animale. Des machines ont été inventées pour moudre le grain, scier la pierre, forger les métaux, et faciliter tout autre travail pénible et fastidieux. L’énergie de l’eau était captée par des roues à aubes qui entraînaient les machines.

La scie de Hiérapolis illustre l’utilisation de la force de l’eau dans l’Antiquité .
Au Moyen Âge se sont développés de nombreux moulins à grain et des machines actionnant des scies, des rouets, des marteaux ou destinées à d’autres utilisations artisanales. La proximité des cours d’eau était nécessaire, même si on a vu des essais d’installations « transportant » l’énergie sur quelques hectomètres, par des câbles fermés entre des poulies fixées sur des pylônes.

Dans ce village de montagne isolé, le fournil était associé au moulin
L’ère industrielle est née avec la machine à vapeur qui a permis de travailler sur des sites éloignés des rivières et d’utiliser des puissances plus importantes. Puis le développement des applications de l’électricité a révolutionné l’industrie dans les domaines de l’électrochimie, la métallurgie et des moteurs électriques.
L’ÉLECTRICITÉ : FORCE ET LUMIÈRE
Depuis l’Antiquité, l’électricité statique est connue grâce à l’attraction qu’exercent certains matériaux, comme l’ambre, sur des objets de petite taille après être frottés.
C’est la découverte, en 1821, de l’électromagnétisme qui est à l’origine des machines électriques. Depuis cette date, jusqu’à la fin du siècle, se sont succédé les mises au point de machines et équipements de production, des moteurs et de l’électrolyse, de l’éclairage et du transport du courant électrique.
L’HYDRAULIQUE : LA HOUILLE BLANCHE
De la roue de moulin à la turbine hydraulique
Après l’avènement de l’électricité, un moteur était nécessaire pour fournir l’électricité aux réseaux et aux usines. Les machines à vapeur étaient des machines à piston, trop lentes pour entraîner un générateur électrique. Les premières turbines à vapeur n’apparaissent qu’en 1887. L’hydraulique s’impose donc comme la source la plus importante d’énergie.

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