Pico-centrales : Les toutes petites centrales à installer soi-même, 8 exemples en détail

A travers différents exemples concrets de l’expérience Suisse, cette brochure fournit de nombreux conseils et explications sur les thèmes essentiels relatifs à l’étude et à la construction de Pico-centrales, à savoir : écologie, autorisations, rentabilité, assurances…

Son but est d’accompagner le montage d’un projet de Pico-centrale : comment négocier avec des fournisseurs, étudier et construire avec des partenaires, quels travaux peuvent être réalisés « artisanalement » et lesquels doivent être appuyés par des techniciens spécialisés.

Publication du programme Suisse DIANE en Allemand et Français

Site internet : http://www.smallhydro.ch

136 pages

1994

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Sommaire

1- Introduction

2- Exemples :

  • Alp Prasiira ob Santa Maria GR
  • Moulin de Vicques JU
  • Strickwarenfabrik in Huttwil BE
  • Voralp Hirzboden bei Adelboden BE
  • Roue à eau de Vers l’Eglise VD
  • Ancienne scierie, Gorge de Moutier BE
  • Stallneubau bei Zemez GR
  • Weissmühle in Bemeck SG
  • 77 centrales de démonstration

3- Ce qu’il faut savoir sur les Pico-centrales :

  • L eau doit suffire pour tous aspects écologiques
  • Q347 et débits résiduels
  • Lois et leur application
  • Nouvelle concession
  • Autorisations nécessaires
  • Obligations de l’exploitant
  • Assurances
  • Rentabilité des Pico-centrales avec fonctionnement sur réseau public
  • Rentabilité des Pico-centrales avec fonctionnement en îlotage
  • Liste de contrôle pour étude et construction
  • Aide préalable
  • Produits, qualité et garanties

4- Adresses

5- Indications bibliographiques

Pour en savoir plus sur la pico hydroélectricité, voir également :

- Les articles et guides techniques généralistes sur la pico hydro :

> Pico hydro for village power : a practical manual for schemes up to 5kW in hilly areas – The Nottingham Trent University ;

> Pico Power Pack : fabrication and assembly instructions for a pico hydro turbine and generator unit ;

> Water for a village business – The Nottingham Trent University ;

> et le site internet The Pico Hydro web site.

- Quelques expériences de projets de pico hydro menés à travers le monde :

> Expériences de projets pico hydro menés par The Nottingham Trent University Micro Hydro Centre au Nepal et au Kenya ;

> Pico-centrales : Les toutes petites centrales à installer soi-même, 8 exemples en détail – DIANE ;

> La pico hydroélectricité pour le développement : l’expérience d’un projet de l’ESMAP en Equateur.

Pour d’autres informations sur la petite hydroélectricité, voir également :

> Petite hydroélectricité : généralités.

Jérome Levet

Petites centrales hydroélectriques : généralités

Article récapitulatif sur l’hydroélectricité, qui propose pour finir un annuaire de liens vers une trentaines de documents, en libre téléchargement sur le portail du Riaed.

A la différence des grands barrages hydroélectriques, les « petites centrales hydroélectriques » sont des aménagements simples (souvent « au fil de l’eau ») qui produisent de l’électricité à petite échelle et ont peu d’impact sur l’environnement.

Cette électricité peut être utilisée pour alimenter des sites isolés (quelques habitations, des ateliers…) ou revendue à un réseau public de distribution. Lorsque la ressource hydraulique est disponible, il s’agit d’une solution de choix pour l’électrification des zones rurales des PVDs.

Qu’est-ce qu’une petite centrale hydraulique ?

Puissance :

En général, on parle de « petite hydroélectricité » pour les centrales dont la puissance est inférieure à 10MW.

Les petites centrales sont elles-mêmes divisées en plusieurs catégories dont la définition n’est pas établie de manière arrêtée. Ces catégories sont pourtant importantes puisque, suivant la puissance, les caractéristiques techniques, institutionnels, opérationnels et financières des aménagements sont très différentes. Voici, ci-dessous, une catégorisation qui est communément admise :

Catégorie Puissance installée Caractéristiques
Hydraulique artisanale – Roues à eau. Utilisation de la force mécanique
Pré-électrification < 1 kW Charge de batteries avec une installation « dynamo » (courant continu) sur roue à eau
« Kits » hydro-domestiques 50 Watt – 2 kW appareils compacts « prêts à brancher ». Installation simple réalisable par l’utilisateur
Pico-centrales (1) 2 – 50 kW Approche technique et planification simplifiées : les rendements sont moyens
Micro-centrales 50 – 500 kW Approche technique et planification simplifiées : les rendements sont moyens
« Petites centrales » 500 kW – 10 MW Niveau technique international

Remarques :

  • Certaines instances internationales mettent la limite des micro-centrales à 300 kW, d’autres à 1 MW ;
  • Certaines sources définissent des « mini-centrales » entre 500 kW et 2’000 kW ;
  • Aux États-Unis on parle de « Petite Hydraulique » jusqu’à 30 MW.

Types d’ouvrages

Contrairement aux aménagements de grande taille, les petites centrales hydrauliques ne possèdent en général pas de retenues d’eau importantes permettant de faire de la production de pointe.

Dans la plupart des cas, le barrage a pour unique fonction de garantir le niveau d’eau constant nécessaire au fonctionnement de la prise d’eau. Si quelques capacités de marnage existent, elles n’excèdent pas quelques heures de fonctionnement.

Les petites centrales classiques sont par conséquent, dans leur majorité, des ouvrages au fil de l’eau, ce qui les rend particulièrement tributaires du régime hydrologique de la rivière sur laquelle elles se trouvent.

Les éléments d’une petite centrale

La figure suivante présente un petit aménagement hydroélectrique complet. En réalité, il est assez rare de retrouver l’ensemble de ces éléments sur un seul aménagement.

Schéma général centrale au fil de l'eau

Le barrage

C’est un ouvrage de génie civil enpierres, gabions, béton ou enrochements permettant de créer un seuil sur un cours d’eau garantissant l’alimentation de prise d’eau d’un aménagement hydro-électrique.

Il existe aussi des barrages d’accumulation permettant de stocker de l’eau en prévision d’une demande d’électricité future. Ce type de barrage est cependant très rare en petite hydraulique.



La prise d’eau

Elle capte une partie du débit de la rivière. Il peut s’agir d’un simple canal munie d’une grille (pour filtrer les gros débris) équipée d’un dispositif de nettoyage au fonctionnement automatique, voire d’ouvrages plus techniques et modernes comme la prise d’eau « Coanda ».

La passe à poisson

Il s’agit d’un dispositif de contournement d’un aménagement permettant aux poissons migrateurs de remonter ou descendre le cours d’eau malgrè la présence d’un aménagement hydroélectrique.

Le canal d’amené

Le canal d’amené dirige l’eau vers une zone ou la pente est favorable à l’installation d’une conduite forcée et permet de décaler le local technique et ses installations électromécaniques du cours d’eau.

Ce canal peut être à ciel ouvert, enterré ou être directement une conduite.

Le canal est souvent source de difficultés : ensablement, fuites, effondrement… Certes souvent plus cher, une conduite installée dès la prise d’eau permet d’éviter ces eceuils et finalement de diminuer les coûts.

Le dessableur

L’eau déviée dans le canal par la prise peut transporter des quantités importantes de matière en suspension (boues) et des sédiments (sable, gravier) qui doivent être éliminés, sans quoi, ils combleront le canal et endommageront rapidement les vannes et la turbine.

Le dessableur est un bassin plus large que le canal, qui permet de ralentir l’écoulement et ainsi laisser les particules solides s’y déposer.

En général, une grille fine est disposée en fin de dessableur pour filtrer les dernières particules.

Il doit être nétoyé régulièrement, une vanne doit être prévue en conséquence.

La chambre de mise en charge

C’est un petit bassin qui permet de garantir que la conduite forcée est en tout temps en eau. Elle fonctionne comme tampon entre la prise d’eau et la conduite.

Dans le cas d’une régulation hydromécanique de la turbine,c’est en général sur la chambre de mise en charge que se situera le contrôle de niveau utile à la régulation du débit de la turbine.

La conduite forcée

Réalisée en matière synthétique pour les faibles chutes (PVC ou PEHD) ou en métal pour les hautes pressions, la conduite à pour but d’amener l’eau en écoulement forcé de la chambre de mise en charge à la centrale. En quelque sorte, elle reproduit artificiellement la chute d’eau.

Elle doit faire l’objet d’un dimensionnement particulièrement rigoureux afin d’éviter une perte de charge incompatible avec le turbinage optimal.

La centrale

De taille réduite, la centrale regroupe l’ensemble des équipements électro-mécaniques de l’installation qui sont :

- la vanne de garde :

Placée à l’entrée de la centrale, elle régule le débit dans la turbine et permet de la mettre hors d’eau ;

- la turbine :

Issue des roues à eau, la turbine est un moteur rotatif (pâles) entraîné par la pression de l’eau guidée jusqu’à la turbine par la conduite forcée. Elle transforme la plus grande partie de l’énergie hydraulique en énergie mécanique. Il existe 2 familles de turbines : les turbines à action (Pelton, Cross-flow) et les turbines à réaction (Francis, Kaplan, pompes inversées). Chaque type de turbine adaptés aux différentes exigences des cours d’eau (hauteur de chute et débit) ;

- l’alternateur :

Il convertit l’énergie mécanique fourni par la turbine en énergie électrique. Il peut être synchrone ou asynchrone suivant les cas (centrale isolée ou raccordée au réseau) ;

- les organes de contrôle et de commande de l’installation :

Ces composants électriques sont situés dans une armoire électrique. Essentiellement, il s’agit des interrupteurs, du système de régulation, des compteurs ;

- le transformateur éventuel :

Il permet d’élever la tension de sortie de l’alternateur pour transporter le courant sur le réseau de transport ;

- la connexion au réseau électrique de transport (un transformateur est requis) ou de distribution.

Le canal de fuite ou de restitution

Après son passage dans la turbine, le canal de restitution permet le retour du débit turbiné au cours d’eau.

Les différents types de centrales au fil de l’eau

En réalité, suivant les types de cours d’eau et la puissance que l’on souhaite installer, il existe différents types de centrales qui ne nécessitent par forcément tous les éléments cités ci-dessus :

La centrale basse chute avec canal :

La centrale basse chute en pied de barrage :

La centrale haute chute sans canal :

La centrale haute chute avec canal :

Petite hydroélectricité et environnement

L’énergie hydroélectrique est la première filière de production d’énergie renouvelable à l’échelle mondiale. La petite hydroélectricité est par ailleurs très respectueuse de l’environnement.

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Comment monter un projet de petite hydroélectricité ? L’importance des études

Puisque chaque centrale hydroélectrique est un projet unique et complexe faisant appel à des compétences variées (génie civil, génie mécanique, génie électrique, hydrologie, biologie) et qu’il requiert un investissement initial important, les études d’avant projet doivent être sérieusement menées pour garantir la rentabilité du projet et un impact environnemental minime.

En général un projet de petite hydroélectricité suit les étapes suivantes :

1- Préambule : installation d’une station de mesure régulière du débit et mesure de la hauteur de chute

2- Etude d’Avant projet sommaire (APS) ou de faisabilité
3- Etude d’Avant projet détaillé (APD)

4- Execution

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La petite hydroélectricité pour l’électrification des pays en voie de développement

Lorsque c’est possible, la petite hydroélectricité est une solution de choix pour l’électrification rurale décentralisée des pays en voie de développement.

En savoir plus

Pour en savoir plus, voir :

- Les articles et guides techniques généralistes sur la petite hydro :

> Hydroélectricité et centrales hydroélectriques : généralités ;

> Petites centrales hydroélectriques : guide technique pour la réalisation de projet – ESHA ;

> Guide pratique pour la réalisation de petites centrales hydroélectriques – PACER ;

> Aperçu général sur les petites centrales hydrauliques : aspects économiques et écologiques – DIANE ;

> Petite hydroélectricité et environnement.

- Quelques articles et guides techniques plus spécifiques sur la petite hydroélectricité :

> Petites centrales hydroélectriques : les turbines ;

> Petites centrales hydrauliques : Turbines hydrauliques – Journée de formation pour ingénieurs – PACER ;

> Petites centrales hydroélectriques : générateurs et installations électriques – PACER ;

> Petites centrales hydroélectriques : régulation et sécurité d’exploitation – PACER ;

> La prise d’eau « Coanda » ;

> Poissons et petites centrales hydrauliques : Solutions avantageuses de franchissement pour les poissons et la microfaune aquatique – DIANE ;

> L’eau usée génératrice d’électricité : concept, réalisation, potentiel – DIANE ;

> Petites centrales hydroélectriques sur l’eau potable : documentation technique, 8 exemples en détail – DIANE ;

> L’eau potable génératrice d’électricité : inventaire et étude du potentiel des usines électriques sur l’alimentation en eau potable en Suisse – DIANE.

- Les articles et guides techniques généralistes sur la pico hydro :

> Pico hydro for village power : a practical manual for schemes up to 5kW in hilly areas – The Nottingham Trent University ;

> Pico Power Pack : fabrication and assembly instructions for a pico hydro turbine and generator unit – The Nottingham Trent University ;

> Water for a village business – The Nottingham Trent University ;

> et le site internet The Pico Hydro web site.

- Quelques expériences de projets de pico hydro menés à travers le monde :

> Expériences de projets pico hydro menés par The Nottingham Trent University Micro Hydro Centre au Nepal et au Kenya ;

> Pico-centrales : Les toutes petites centrales à installer soi-même, 8 exemples en détail – DIANE ;

> La pico hydroélectricité pour le développement : l’expérience d’un projet de l’ESMAP en Equateur.

- Les études à mener pour monter un projet de petite hydroélectricité :

> voir l’article général : Petites centrales hydroélectriques : les études à mener, mode d’emploi ;

> le document à télécharger Le choix, le dimensionnement et les essais de réception d’une mini-turbine édité par le programme PACER ;

> le document : Faisabilité de micro-centrales hydroélectriques, cahier des charges édité par l’ADEME ;

> le document :Etude de préfaisabilité sur la petite hydroélectricité : liste des points importants à analyser avant d’installer une petite usine hydroélectrique édité par l’ESHA ;

> Rénover au lieu d’abandonner : Modernisation et remise en service des petites centrales hydrauliques, critères d’évaluation édité par le programme DIANE ;

> l’article : Comment mesurer la hauteur de chute ? ;

> l’article : Comment mesurer le débit d’une rivière ?.

Jérome Levet

A puissance égale, les barrages sont-ils plus polluants que les centrales à charbon

Cet article de Jim Giles paru dans Nature le 29 novembre 2006, relate le débat scientifique qui dure depuis une dizaine d’années sur la question de savoir quel est l’impact de la biomasse contenue dans les retenues artificielles d’eau sur l’environnement global ? Des données qui pourraient remettre en question les atouts verts de l’hydroélectricité.

Des chercheurs viennent de découvrir que les barrages libèrent des quantités très importantes de gaz à effet de serre. L’énergie hydraulique n’est donc pas si propre que ça.

Dans les années 1980, environ 2 500 km2 de forêt amazonienne ont été inondés pour alimenter en électricité la ville de Manaus, au Brésil. Le projet avait semblé à l’époque un choix intelligent, s’inscrivant dans la logique du développement durable. On sacrifiait certes une étendue importante de forêt pluviale, mais le Brésil accédait ainsi à une source d’énergie non polluante. Le pays a consenti plusieurs fois à ce type de compromis : plus de 80% de son électricité est produite par des centrales hydrauliques.

Toutefois, il se pourrait que les barrages ne soient pas aussi verts et propres qu’on le pensait. Certaines découvertes récentes fournissent une conclusion dérangeante : l’impact des barrages sur le réchauffement planétaire serait souvent plus important que celui des centrales à combustibles fossiles de puissance équivalente. Si ce fait est avéré, les stratégies énergétiques actuelles, en particulier dans les pays en voie de développement, vont devoir être repensées.

Le problème réside dans la biomasse contenue dans les lacs artificiels. Lorsque les terrains sont inondés, de grandes quantités de matière organique se retrouvent coincées sous les flots. La biomasse est ensuite constamment renouvelée par de nouveaux apports. En zone tropicale, dans l’eau tiède des bassins de retenue, cette matière se décompose en émettant du méthane et du dioxyde de carbone, deux gaz à effet de serre. Le plus préoccupant est le méthane, qui a un impact sur le réchauffement climatique plus de vingt fois supérieur à celui du CO2 sur une période de cent ans.

En ce qui concerne le barrage de Balbina, tous les spécialistes ou presque s’accordent désormais à dire qu’une centrale à combustible fossile aurait émis moins de gaz à effet de serre. Mais, à partir de là, les avis divergent. Dans le premier camp se trouve Philip Fearnside, écologue à l’Institut national de recherche d’Amazonie, à Manaus. Dans le cadre de son travail, qui se fonde principalement sur des calculs théoriques, il s’est intéressé à l’eau qui coule des barrages. Dans la plupart des cas, l’eau relâchée est celle qui se trouve à plusieurs mètres en dessous de la surface, et le liquide subit donc un brusque changement de pression. D’après le chercheur, ce changement provoque une émission de méthane, un peu comme le CO2 s’échappe en sifflant d’une bouteille de boisson gazeuse lorsqu’on l’ouvre. Ses dernières études montrent qu’un barrage type en zone tropicale émettra pendant les dix premières années de son fonctionnement quatre fois plus de dioxyde de carbone qu’une centrale à combustible fossile de puissance équivalente. Dans l’autre camp se trouvent Luiz Pinguelli Rosa et ses collègues de l’université fédérale de Rio de Janeiro, qui accusent Philip Fearnside d’exagérer les quantités de gaz à effet de serre émises par les lacs de retenue. Ils lui reprochent en particulier d’avoir extrapolé à partir de mesures prises au barrage de Petit-Saut, en Guyane française, dans les années qui ont immédiatement suivi sa mise en eau, c’est-à-dire au moment où la quantité de biomasse submergée était la plus importante.

Un renversement pour les pays en voie de développement

Les informations sur les barrages tropicaux étant rares, cette discussion, qui dure déjà depuis dix ans, s’est envenimée sans approcher de la moindre conclusion. Les organisations écologistes mettent en doute l’impartialité du travail de Luiz Pinguelli Rosa, financé en partie par l’industrie hydraulique. Rosa nie catégoriquement que ses recherches soient influencées d’une façon quelconque, et accuse à son tour Fearnside de chercher à montrer qu’il y a un problème avec les barrages.

Un colloque organisé à Paris par l’UNESCO n’a pas mis fin à leur querelle, mais les chercheurs auront au moins pu examiner les dernières données disponibles sur la question, dont les résultats d’une étude sur les émissions de méthane provenant de sites en aval de trois barrages tropicaux réalisée par Frédéric Guérin et ses collègues du Laboratoire d’aérologie de Toulouse, publiée le 14 novembre. Les chercheurs français ont découvert que la quantité de méthane qui s’accumule dans les lacs de retenue est telle que les émissions en aval, rarement prises en compte dans les estimations sur l’impact environnemental d’un barrage, représentent entre un dixième et un tiers de la totalité des gaz émis. Selon une autre étude récente, les seules émissions en aval du barrage de Balbina ont le même potentiel d’effet de serre que 6% de tous les combustibles fossiles consommés par São Paulo, une ville qui compte plus de 11 millions d’habitants. L’impact global des barrages pourrait être important même en faisant abstraction de leurs émissions en aval. Danny Cullenward, expert en politique énergétique à l’université Stanford, a effectué des calculs préliminaires à partir des chiffres donnés par Fearnside.

Il insiste sur le fait qu’un plus grand nombre de données est nécessaire, mais selon ses estimations les barrages libéreraient entre 95 millions et 122 millions de tonnes de méthane par an. Si ses calculs sont bons, toutes les estimations portant sur les émissions mondiales de méthane (qui habituellement n’incluent pas les émissions des barrages) doivent être augmentées de 20%.

Beaucoup sont d’avis que l’on en sait déjà assez pour agir sans plus attendre. Les gigantesques projets de barrages envisagés dans les zones tropicales, comme la centrale hydraulique d’une valeur de 5 milliards de dollars sur le fleuve Congo, en inquiètent plus d’un. Un autre grand sujet de préoccupation est le mécanisme de développement propre [un mécanisme d’investissement inclus dans le protocole de Kyoto], qui permet aux pays développés de financer des projets d’énergie propre dans les pays en voie de développement en échange de crédits d’émissions de gaz à effet de serre. Certains scientifiques et associations de défense de l’environnement souhaitent une révision de cette mesure. Mais, si les informations manquent, les choses ont peu de chances de changer. Conscients de cela, les chercheurs qui se sont rendus au colloque de l’UNESCO ont débattu des priorités à établir et de la meilleure façon de travailler ensemble. Des progrès plus importants seront peut-être réalisés à partir de 2008, si le Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat [GIEC, l’organisme international qui fédère les travaux des spécialistes du réchauffement climatique] décide d’élaborer un rapport spécial sur le sujet.

Source : Nature

Auteur de l’article : Jim Giles

Titre original de l’article : « Methane quashes green credentials of hydropower »

Traduction : Courrier International

Jérome Levet

Etude de préfaisabilité sur la petite hydroélectricité : liste des points importants à analyser avant d’installer une petite usine hydroélectrique

Cette checklist ou liste récapitulative pour la petite hydroélectricité a pour objectif de donner aux développeurs / investisseurs potentiels et même inexpérimentés dans le domaine de la petite hydroélectricité de premières informations et conseils sur toutes les procédures nécessaires pour commencer et développer des projets de petite hydroélectricité.

Publication de l’ESHA, European Small Hydropower Association.
Courriel : http://www.esha.be

12 pages.

Octobre 2005.

Son objectif est de guider le développeur / investisseur afin qu’il puisse
déterminer la viabilité du projet, en utilisant un simple procédé de pas à pas. Cette checklist peut être utilisée en parallèle avec le Guide Technique pour la réalisation de projets de petite hydroélectricité, un document plus complet également réalisé par le Réseau Thématique de la petite hydroélectricité, où toutes les étapes nécessaires mentionnées dans la checklist sont expliquées plus en détail.

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Pour en savoir plus, sur les études à mener voir les articles suivants :

> Petites centrales hydroélectriques : les études à mener, mode d’emploi

> Le choix, le dimensionnement et les essais de réception d’une mini-turbine – PACER ;

> Faisabilité d’une micro centrale hydroélectrique, cahier des charges – ADEME ;

> Rénover au lieu d’abandonner : Modernisation et remise en service des petites centrales hydrauliques, critères d’évaluation – DIANE ;

> Comment mesurer la hauteur de chute ? ;

> Comment mesurer le débit d’une rivière ?.

Pour des articles généralistes sur l’hydroélectricité et la micro hydroélectricité voir :

> Hydroélectricité et centrales hydroélectriques : généralités

> Petites centrales hydroélectriques : généralités

Jérome Levet

Faisabilité d’une micro centrale hydroélectrique, cahier des charges

Ce cahier des charges vise à définir les études et analyses devant être réalisées pour permettre d’apprécier la faisabilité d’un projet de micro-centrale hydroélectrique.
Publication de l’Ademe.

Ce document s’adresse aux investisseurs publics et privés avec, comme objectif essentiel, de leur donner les éléments principaux destinés à étayer leur décision finale d’investissement.

Faisabilité de petites-centrales hydroélectriques

Sommaire

1. Aspects techniques

1.1 Généralités sur le site

1.2 Hydrologie

1.3 Chute

1.4 Sélection du débit d’équipement
1.5 Description du projet

1.6 Estimation de la production

2. Aspects environnementaux

2.1 Milieu physique

2.2 Milieu biologique

2.3 Milieu humain

2.4 Mesures compensatoires

2.5 Analyses ultérieures à prévoir

3. Aspects financiers

3.1 Investissement, exploitation et maintenance

3.2 Recettes d’exploitation

3.3 Compte d’exploitation

4. Aspects administratifs

4.1 Situation administrative actuelle

4.2 Démarches administratives

5. Définition d’un programme

6. Proposition de la maîtrise d’œuvre

Pour en savoir plus, sur les études à mener voir les articles suivants :

> Petites centrales hydroélectriques : les études à mener, mode d’emploi

> Le choix, le dimensionnement et les essais de réception d’une mini-turbine – PACER ;

> Etude de préfaisabilité sur la petite hydroélectricité : liste des points importants à analyser avant d’installer une petite usine hydroélectrique – ESHA ;

> Rénover au lieu d’abandonner : Modernisation et remise en service des petites centrales hydrauliques, critères d’évaluation – DIANE ;

> Comment mesurer la hauteur de chute ? ;

> Comment mesurer le débit d’une rivière ?.

Pour des articles généralistes sur l’hydroélectricité et la micro hydroélectricité voir :

> Hydroélectricité et centrales hydroélectriques : généralités

> Petites centrales hydroélectriques : généralités

Jacques Monvois, Gret, Jérome Levet

Expériences de projets pico hydro menés par The Nottingham Trent University Micro Hydro Centre au Nepal et au Kenya

Documents de capitalisation en anglais à télécharger

The Nottingham Trent University Micro Hydro Centre en partenariat avec l’Ong Practical Action (ex ITDG) s’interesse à la pico hydro depuis le début des années 80. Par l’intermédiaire de son site internet : the pico hydro web site, il présente 3 de ses projets.

Les fiches projets sont également disponibles ci-dessous.

Projet de Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal

Localisation : Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal

Nombre de ménages du village : 108

Hauteur de chute : 80 mètres

Débit : 9 litres par seconde

Conduite forcée : PEHD, 400m de longueur, de 125 à 140mm de diamètre

Turbine : Pelton à simple jet, 200 mm de diamètre

Générateur : 7.5 kW, 4 poles

Puissance nominale : 4kW

Projet de Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal : la technologie

Projet de Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal : partie 1

Projet de Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal : partie 2

Projet de Kushadevi, Kabhrepalanchok, Nepal : partie 3

Projet de Kathamba, district de Kirinyaga, Kenya

Localisation : Kathamba, district de Kirinyaga, Kenya

Nombre de ménages du village : 65

Hauteur de chute : 28m

Débit : 8.4 litres par seconde

Conduite forcée : PVC, 158m de longueur, 110mm de diamètre

Turbine : Pelton à simple jet, 200mm de diamètre

Puissance nominale : 1.1kW

Projet de Kathamba, district de Kirinyaga, Kenya : partie 1

Projet de Kathamba, district de Kirinyaga, Kenya : partie 2

Projet de Thima, district de Kirinyaga, Kenya

Localisation : Thima, district de Kirinyaga District, Kenya

Nombre de ménages du village : 160

Hauteur de chute : 18m

Débit : 128 litres par seconde

Puissance nominale : 2.2kW

Projet de Thima, district de Kirinyaga District, Kenya : partie 1

Projet de Thima, district de Kirinyaga District, Kenya : partie 2

Pour en savoir plus voir le site internet Pico hydro web site(EN)

Jacques Monvois, Gret, Jérome Levet

"Pico hydro for village power : a practical manual for schemes up to 5kW in hilly areas"

La pico hydro pour l’alimentation énergétique des villages : un guide pratique pour les systèmes de moins de 5kW

The Nottingham Trent University Micro Hydro Centre s’intéresse à la pico hydro depuis le début des années 80. Par l’intermédiaire de son site Internet : the pico hydro web site, il publie un guide pratique sur la pico hydro .

Il est également disponible ci-dessous dans une version anglaise et une version espagnole.

Sommaire du document

Ce document est un guide pratique exhaustif qui expose tous les points clés du montage et de la gestion d’un projet de pico hydroélectricité :

  1. Introduction
  2. Les bases de la pico hydro
  3. L’identification d’un site
  4. Le planning d’un projet
  5. Propriété et viabilité d’un projet
  6. Schémas d’installations
  7. L’analyse d’un site
  8. Le dimensionnement d’un site
  9. Produire de l’électricité
  10. La gestion du débit
  11. La conduite forcée
  12. Le bâtiment de la centrale
  13. Les charges
  14. Le réseau de distribution
  15. Le branchement domestique
  16. Les parafoudres
  17. L’exploitation et la maintenance
  18. Trouver les défauts de courant
  19. Annexes
  20. Bibliographie et références
  21. Glossaire

Ce document est téléchargeable en version anglaise et en version espagnole.

Pour en savoir plus, voir également le site Internet the pico hydro web site (en anglais)

Jacques Monvois, Gret, Jérome Levet

La pico hydroélectricité pour le développement : l’expérience d’un projet de l’ESMAP en Equateur

Ce document de capitalisation en anglais disponible ci dessous, tire les leçons d’un projet mené par l’ESMAP pour développer la filière pico-hydroélectricité en Equateur pour l’approvisionnement des ménages les plus pauvres. A terme, ce projet vise à répliquer l’expérience dans toute la région Andine et dans d’autres pays en voie de développement.

Approvisionner les régions rurales éloignées en énergie est une tâche difficile et coûteuse. Pourtant, pour tous les pays en voie de développement, c’est un élément essentiel à l’accomplissement des « objectifs du millénaire ». Partout à travers le monde, les communautés rurales doivent pouvoir tirer partie de leurs ressources naturelles pour bénéficier de services énergétiques modernes.

La pico hydroélectricité (très petites installations hydroélectriques appropriées à l’alimentation de quelques ménages) est une option comparativement bon marché qui peut aujourd’hui concurrencer les autres techniques d’approvisionnement d’énergie décentralisée pour alimenter en électricité des millions de personnes à travers le monde. Cependant pour favoriser son développement, elle doit être accompagnée de programmes appropriés.

Voir le document(EN)

Présentation du projet

Le projet s’est déroulé en 5 étapes :

  • l’évaluation des expériences de développement de cette technologie dans le monde pour connaître les conditions qui garantissent un bon développement de la filière ;
  • l’évaluation des potentialités de développement de la pico hydroélectricité dans dans cinq pays andins [1], tant au niveau technique, social que commercial ;
  • le développement de 31 projets pico hydro pilotes ;
  • le développement d’une structure locale d’accompagnement ;
  • l’évaluation de l’impact des projets sur le développement des communautés rurales bénéficiaires.

L’expérience de la pico hydroélectricité à travers le monde

Les systèmes

Les systèmes pico-hydroélectriques ont généralement une puissance comprise entre 200 et 1000 W, mais le terme « pico hydro » inclut souvent les systèmes dont la puissance peut atteindre 5 kW.

La gamme des turbines disponibles est relativement vaste : Turgo, Pelton, turbines à flux traversant… Elles peuvent ainsi s’adapter à toutes les hauteurs de chute.

Les unités sont petites et bon marché et ce qui facilite les possibilités d’achat, d’installation et de gestion par un ménage rural.

Cette technologie est généralement employée pour subvenir aux besoins domestiques : éclairage, télévision, radio et parfois pour recharger des batteries.

Voir la photo ci-dessous : une installation pico hydro en Equateur pour l’alimentation d’un ménage rural.


Une installation picohydro en Equateur

Chine et Vietnam : un développement important mais anarchique

Au Vietnam, en Chine et au Népal cette technologie, qui est désormais fabriquée localement, est devenue accessible aux ménages ruraux : de 25 $ pour une turbine de 200 W à 1 000 $ pour une turbine Pelton de 3 000 W.

Ainsi, depuis la fin des années 80, près de 120 000 pico centrales ont été installées au Vietnam, particulièrement au Nord Ouest, près de la frontière chinoise.

Cependant, le développement de la filière s’est fait de manière anarchique : aucun accompagnement financier (payement au comptant) et technique (l’information circule oralement) ne se sont mis en place et la qualité des systèmes les moins chers laissent souvent à désirer : faible efficacité, fonctionnement incertain, durée de vie ne dépassant pas les 2 ans.

Même si ces éléments ne garantissent pas un développement durable de la filière notamment pour les plus pauvres qui achètent le matériel de plus faible qualité, le marché reste en croissant avec plus de 20 000 unités installées par an.

Les Philippines : les leçons de l’expérience vietnamienne

Quelques autres pays ont également développé le marché de la pico hydro : l’Inde, quelques pays d’Amérique du sud et les Philippines.

Le marché philippin est très important : 2.7 millions de ménages n’ont pas accès à l’électricité, et parmi eux, au moins 120 000 ménages pourraient être alimentés par des pico centrales.

Ainsi, en bénéficiant de l’expérience vietnamienne, les Philippines ont connu un développement de la filière pico hydro depuis la fin des années 90.

La distance des Philippines à la Chine n’a pas permis au matériel chinois, souvent de piètre qualité, de pénétrer le marché philippin comme il l’a fait au Vietnam. Il a pu ainsi être mieux contrôlé. Des unités de bonne qualité ont été importées du Vietnam. Elles ont été accompagnées par un support technique national et international compétent.

Aujourd’hui, ces unités permettent parfois d’alimenter des micro réseaux dans des villages isolés.

Analyse économique de la pico hydroélectricité

Une étude économique comparative, comprenant les frais d’investissement et de maintenance, de plusieurs options énergétiques a montré que la pico hydro est l’une des technologies les plus abordables pour l’électrification des communautés rurales : enre 74 et 150 $ par an pour la pico hydro, pas moins de 140 $ par an pour les autres systèmes (photovoltaïque, éolien, thermique…).

L’étude a montré que même les plus pauvres (moins de 2 $ par jour) peuvent s’offrir cette technologie.

Par ailleurs, une pico centrale fournit un courant alternatif de 220 V 24 heures sur 24 ce qui peut plus facilement permettre le développement d’activités économiques.

Opportunités de développement de la pico hydroélectricité dans les Andes

Des études ont montré que l’Equateur possède un bon potentiel de développement de la filière pico hydro : le nombre de ménages pouvant être alimenté par une installation est estimé à minimum de 16 000, il pourrait atteindre le chiffre de 32 000.

Les autres pays de la région étudiés également un potentiel important comme le montre le tableau ci-dessous :

Pays Ménages non électrifiés Ménages qui pourraient être alimentés par une installation pico-hydroélectrique Taille du marché potentiel selon la capacité et la volonté à payer
Bolivie 515 815 355 000 55 000–109 000
Pérou 1 462 783 671 000 98 000–197 000
Equateur 249 199 137 000 16 000–32 000
Colombie 127 343 39 000 7 000–14 000
Venezuela 72 170 28 000 4 500–9 000
Total 2 427 310 1 230 000 180 500–361 000

le développement de 31 projets pico hydro pilotes

En Equateur, l’Esmap, en association avec le gouvernement et des revendeurs locaux, a accompagné l’installation de 31 pico centrales pilotes vietnamiennes de bonne qualité.

Les centrales ont été installées dans 5 villages de 2 provinces du pays présentant des topographies diverses : 10 projets dans la région montagneuse du Chimborazo et 21 dans la région forestière de Napo.

Ces projets ont permis d’électrifier 193 personnes principalement pour les besoins d’éclairage.

Le développement d’une structure locale d’accompagnement

L’Esmap a également mis en place une structure locale d’accompagnement de la filière, dont le but est la formation des techniciens et des usagers et la promotion de la technologie pour favoriser le développement du secteur privé.

Elle a permis d’évaluer le coût des projets : le coût moyen d’une unité pilote en Equateur s’est élevé à 475 $ (génie civil, câbles et équipements électriques compris). Dans quelques années, la concurrence pourrait faire diminuer ce prix à 200 $, l’importation du Vietnam restant toujours moins chère qu’une fabrication sur place. Le coût de la maintenance a été évalué à 5 $ par an par unité et leur durée de vie à 5 années.

Ces coûts ont clairement montré les possibilités de développement de la filière dans le pays et dans toute la région et ont développé l’intérêt du secteur privé pour le domaine. Par ailleurs, a travers les formations essentielles pour la durabilité des installations, les usagers et le secteur privé ont aujourd’hui pleinement confiance dans la technologie.

Ainsi, aujourd’hui, de nouveaux projets voient naturellement le jour autour des villages pilotes.

L’évaluation de l’impact des projets

Les impacts de ces pilotes ont été soigneusement évalués. Ils ont permis l’amélioration de la qualité de vie (éclairage), une meilleur éducation, le développement d’activités économiques, des économies de pétrole, le développement d’activités le soir.

Conclusions et Recommandations

Le potentiel de développement de cette technologie reste très important dans tous les pays en voie de développement, dans les Andes bien sûr mais aussi en Afrique où pratiquement aucun projet n’a encore vu le jour.

Afin d’améliorer la filière et diminuer le coût des installations le projet recommande :

  • de recourir à un matériel de bonne qualité et à un support technique efficace ;
  • de stimuler l’intérêt local pour la pico hydro au niveau du gouvernement, des ONG locales, des universités, des usagers… ;
  • de souligner et d’accompagner les activités commerciales que peut permettre la pico hydroélectricité car elle ne se développent pas forcément d’elle même ;
  • enfin, même si la pico hydroélectricité est une technologie relativement abordable pour les ménages ruraux, un support financier peut être envisagé pour garantir son essor vers les ménages les plus pauvres pour qu’ils aient accès à des systèmes de bonne qualité plus durables et plus fiables.

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Jérome Levet, René Massé

Cameroun : le Gouvernement signe un Accord de développement du secteur de l’énergie avec Globeleq

Ce Developement Agreement signé le 8 août 2007 prévoit l’implication future de la société Sud Energy Limited (filiale de Globeleq) dans la réalisation d’une centrale hydroélectrique de 200 MW dans la Province du Sud.

Cet accord d’exclusivité est conclu pour deux années. D’ici là, les deux parties devront avoir confirmé l’intéret de ce projet hydroélectrique et s’être engagés dans sa réalisation.

Globeleq est une entreprise du secteur de l’énergie dotée d’un solide portefeuille croissant de parts majoritaires de sociétés énergétiques (gaz naturel, pétrole et électrification) dans les marchés émergents d’Afrique, des Amériques et d’Asie.

L’accord de développement concerne le développement d’une centrale hydroélectrique de 200 Megawatts sur la rivière N’Tem, dans la Province du Sud. Préalablement à l’attribution d’une concession d’exploitation de 25 années, Globeleq réalisera quelques études préliminaires, techniques et commerciales, tandis que le Gouvernement s’est engagé à réaliser les études d’impacts sociale et environnementale ainsi que l’étude de faisabilité relative au transport.

Si les études confirment l’intérêt de ce projet, la construction pourrait démarrer fin 2008 et la production électrique commencer vers la mi-2013. Au terme de la durée de concession, la propriété des installations et la gestion seraient transmises au Gouvernement (contrat BOOT – Built, Own, Operate and Transfert).

René Massé