energie hydroelectrique

                  

                ENERGIE HYDROELECTRIQUE

Utilisée dès la plus haute antiquité comme force motrice, l’énergie hydraulique était encore, il y a quelques décennies, l’une des principales sources de production d’électricité. Dans certains pays, elle contribue à la majeure partie de la production d’électricité.

 L’énergie hydraulique est renouvelable, non polluante, de technologie simple et très bien maîtrisée. Cette énergie résulte du mouvement de masses d’eau coulant le long des pentes naturelles. Pour pouvoir la transformer en travail utile, il est nécessaire de la concentrer, soit en tirant parti de chutes naturelles, soit par l’aménagement d’un barrage de manière à obtenir une hauteur de chute et un débit suffisant pour installer une centrale.  Un aménagement hydroélectrique classique est composé principalement des éléments suivants :

 L’ouvrage de prise d’eau : il est constitué par une dérivation dont l’entrée est limitée par un seuil et qui dirige le débit ainsi dérivé vers le canal d’amenée. Le contrôle du débit s’effectue le plus souvent soit par un barrage mobile dans la rivière soit par une vanne dans le canal d’amenée.

Le canal d’amenée : il relie la prise d’eau à l’entrée de la centrale. Il est habituellement en écoulement libre à ciel ouvert.

La conduite forcée (ou chambre de mise en charge) : c’est un tuyau qui relie l’extrémité du canal d’amenée (au sommet de la pente) à la turbine (au pied de la pente). Elle supporte à son extrémité inférieure une pression de service voisine de la hauteur de chute.

La turbine : elle transforme l’énergie de l’eau en énergie mécanique. Une turbine comprend des organes fixes, des organes de réglage et une partie mobile (roue). Les organes fixes et de réglage ont pour rôle essentiel de diriger l’eau sur la roue dans les meilleures conditions possibles ; la partie mobile est destinée à produire un couple moteur sur l’arbre en transformant en puissance mécanique la plus grande fraction possible de la puissance disponible.

La régulation de vitesse : cette régulation synchronise la vitesse de rotation de la turbine avec l’alternateur. Elle permet aussi le démarrage et l’arrêt de la turbine en actionnant le distributeur.

L’alternateur : il permet de transformer l’énergie mécanique en électricité. Il comporte un induit fixe (stator) et un inducteur tournant (rotor). Les alternateurs peuvent être classifiés suivant l’excitation du rotor. En ce qui concerne l’alternateur synchrone, l’excitation est produite par une petite génératrice annexe qui produit un courant créant un champ magnétique dans le rotor. Dans le cas de l’alternateur asynchrone, la fréquence et la tension sont imposées par le réseau.

Cette technologie est très certainement la mieux maîtrisée de toutes les énergies renouvelables. Elle est robuste, fiable et a une longue durée de vie (supérieure à 30 ans). De plus, l'entretien de l'installation est très simple et les frais de fonctionnement sont faibles.

 Sites pour installer une centrale micro hydraulique

De nombreux zones rurales possèdent des petites rivières et des chutes avec suffisamment de débit et de hauteur. Elles sont éventuellement exploitables pour électrifier les localités rurales trop éloignées du réseau. L’énergie micro hydraulique est donc une ressource énergétique à valoriser.

Cependant, un diagnostic local en débit et en hauteur de chute s'avère nécessaire. Une campagne de mesures sur site des ressources hydrauliques, d'au minimum 2 ans, est une étape obligatoire avant le choix du site.

Les besoins en électricité de la population avoisinante et une étude d'impact des travaux de génie civil (canal d'amenée et barrage) entrent aussi en compte dans le choix du site.

Utilisations

 Les puissances des centrales micro électriques s'étendent de quelques centaines de Watts à quelques centaines de kW. Certaines installations peuvent donc être connectées au réseau électrique mais la plupart servent à l'électrification rurale décentralisée pour :

L’éclairage, la production de froid, la télé et radio communication...

La recharge de batteries,

Le pompage,

Les besoins électriques de petites industries

Exemples d’installations de centrales micro hydrauliques :

Caractéristiques	Centrale de basse chute	Centrale de haute chute
Localisation	Au bord du cours d’eau	Déviation d’une partie de l’eau par un canal d’amenée
Dénivelé entre la prise d’eau et la turbine	5 mètres	100 mètres
Débits prélevés	550 litres / seconde	2,5 litres / seconde
Puissance	10 kW	1 kW

Comment estimer un dimensionnement d'une installation micro hydraulique 

 L’installation d’une microcentrale hydraulique fait appel à différentes techniques spécialisées telles que le génie civil, l’hydrologie, la géotechnique, l’hydraulique et l’électromécanique.

 L'électricité à produire doit répondre aux besoins de la population avoisinante. Dimensionner une centrale hydroélectrique consiste donc à déterminer les caractéristiques de l'installation pour produire l'énergie désirée.

Dans un premier temps, il faut évaluer :

Les ressources hydrauliques locales (campagne de mesures de débit, hauteur de chute, de     régularité sur une durée de 2 ans minimum),

L’ampleur et la localisation des besoins en énergie et en puissance.

 Ces 2 analyses préliminaires déterminent l'énergie récupérable et l'énergie consommée par les utilisateurs. Si l'énergie récupérable reste tout le long de l'année supérieure ou égale aux besoins locaux, une micro centrale hydraulique peut être envisagée.

 Il faut ensuite concevoir les infrastructures nécessaires (centrale, génie civil, réseau de distribution électrique local). Quant à leur installation, la réalisation du génie civil peut largement faire appel aux compétences locales.

Avantages et limites

 Les microcentrales hydrauliques présentent plusieurs avantages parmi lesquels :

 Technologie la mieux maîtrisée des EnR ;

Equipement caractérisé par sa grande robustesse, sa fiabilité et sa longue durée de vie ;

Simplicité de l’entretient et faiblesse des frais de fonctionnement ;

Energie propre dans ce sens qu’elle ne génère directement aucune émission nocive et ne nécessite aucun transport.

 Cette technologie présente néanmoins quelques limites :

 Production d’électricité caractérisée parfois par des fluctuations importantes suite à la grande variabilité des débits de certains sites ;

Coûts d’investissement pouvant être assez importants pour certaines installations ;

Nécessité d’avoir des sites appropriés en termes de cours d’eau et de chute.

 Les micro-centrales hydrauliques mal intégrées dans leur environnement peuvent également présenter des impacts négatifs sur l’environnement pouvant générer des perturbations de diverses natures :

 Atteinte au paysage par l’aspect peu esthétique de la centrale, de la prise d’eau et de la conduite forcée ;

Bruit généré par les turbines, le multiplicateur de vitesse de l’alternateur, le transformateur et l’écoulement de l’eau, pouvant provoquer une gêne pour le voisinage proche ;

Prise d’eau pouvant entraîner une perturbation du régime de l’eau et de la relation nappes aquifères rivières ;

Eutrophisation du milieu aquatique dans la partie court-circuitée de la rivière ainsi qu’une modification et une perturbation de la faune pouvant être observées ;

Installation pouvant constituer un obstacle au migration des poissons.

Cependant, si la microcentrale est bien conçue, la plupart des atteintes à l’environnement     peuvent être minimisées :

 En assurant le respect du débit réservé ;

Par la mise en place de passes à poissons ;

En veillant à l’intégration de la centrale dans le paysage ;

En outre, au niveau de l’entretient des cours d’eau, le dé grilleur peut jouer un rôle non négligeable en éliminant les éléments flottants.