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L'énergie hydraulique
L'hydraulique, définition
Une petite centrale hydroélectrique (PCH) se définit comme une installation de production énergétique d'une puissance inférieure à 10 MW selon l'UNIPEDE (Union Internationale des Producteurs et Distributeurs d'Energie Electrique), transformant l'énergie hydraulique d'un cours d'eau en énergie électrique. La puissance disponible de la centrale résulte de la conjonction de deux facteurs : la hauteur de la chute d'eau et le débit.
Historique de la Production Hydroélectrique.
Une énergie vieille de 2 000 ans !
L'énergie hydraulique est d'abord utilisée pour produire de l'énergie mécanique à travers des roues à palettes ou à augets (entraînement de scies, soufflets de forges et machines diverses).
A la fin du 19ème siècle, les évolutions technologiques permettent à l'énergie hydraulique de prendre une nouvelle dimension : la production d'électricité.
Le département de l'Isère est alors témoin de cette prouesse et accueille les premières installations, supports de la grande histoire de l'hydroélectricité.
Le cas de l'Isère :
- « La Houille blanche » : Arsitide Bergès 1891,
- Grenoble et le développement de l'hydroélectricité : Neyrpic, Merlin Gérin, Bouchayer Viallet.
Quelques chiffres.
- ~ 2 000 PCH en France dont :
- ~ 400 à EDF,
- ~ 1 600 détenues par des privés.
Selon la Direction Générale de l'Energie et des Matières Premières (DGEMP), l'hydraulique contribue à environ 11,1 % de la part de la production d'électricité française (contre ~ 78,1 % pour le Nucléaire).
Ces 11,1 % de production hydro-électrique correspondent à une production d'environ 60,9 TWH.
Sur ces 60,9 TWH seulement 5,7 TWH sont produits pas des PCH de puissance inférieure à 8 MW soit :
- environ 1 % de la production électrique nationale et,
- environ 9,3 % de la production hydraulique nationale (les 90,7 % restants correspondant à l'électricité produite par la grande hydraulique).
L'hydraulique, mode d'emploi
Source ADEME
Une PCH est composée, comme toute les usines hydroélectriques de quatre éléments principaux :
1.Le ou les ouvrages de prise d'eau (avec ou sans retenue d'eau),
2.les ouvrages d'amenée et de mise en charge (canal d'amenée, chambre d'eau, conduite forcée),
3.l'usine hydraulique proprement dite composée d'une turbine, d'une « machine génératrice », d'un transformateur et d'un système de régulation (contrôle/commande).
4.les ouvrages de restitution.
L'hydraulique, différents usages
De la grande hydraulique à la pico-centrale...
L'énergie hydraulique recouvre des réalités très variées. La fourchette de taille des ouvrages y est particulièrement large, allant de plusieurs MW à quelques kW, de l'équivalent de plusieurs tranches nucléaires à la consommation d'un refuge de montagne.
La classification de l'énergie hydraulique selon les tailles d'installations est la suivante :
Le mode de gestion.
- Au fil de l'eau
Ce sont les usines ayant un réservoir dont la durée de remplissage est inférieure ou égale à deux heures ; ces usines utilisent le débit tel qu'il se présente à la prise, il s'agit de la quasi-totalité des PCH.
- En éclusée
Les usines ont un réservoir dont la durée de remplissage, comprise entre 2 et 400 heures, permet de stocker l'eau pendant la nuit pour la turbiner aux heures de forte demande.
- Avec lac
La durée de remplissage du réservoir est égale ou supérieure à 400 heures et permet de stocker les apports en période de hautes eaux pour les turbiner en période de forte consommation.
L'utilisation de l'énergie produite.
Pour résumé, il y a deux types d'usage de l'électricité produite par l'installation :
- raccordé au réseau de distribution public d'électricité : dans ce cas le maître d'ouvrage vend à EDF (ou à un ELD comme une Régie) l'électricité produite par son installation,
- non raccordé au réseau : le maître d'ouvrage auto consomme l'électricité produite par sa microcentrale hydroélectrique.
Cas particuliers.
Les PCH de moins de 150 kW, antérieures à la loi de 1919 pour lesquelles le renouvellement de l'autorisation n'est pas nécessaire.
Les installations « fondées en titre ».
Le droit d'eau « fondé en titre » appartient à un site, dont le propriétaire, dispensé d'obtenir une autorisation ou une concession, ne peut être déchu sans son accord concrétisé par un écrit. L'origine de ce droit, qui remonte à l'Ancien Régime, a été reconnue par la République à condition que l'exploitation de la chute d'eau soit antérieure à 1789 (en Isère et hors cours d'eau domaniaux).
Les microcentrales hydroélectriques fonctionnant par turbinage sur les réseaux d'adduction d'eau potable ou d'eaux usées apportent de nombreux atouts en conciliant parfaitement les aspects environnementaux avec les aspects économiques.
Les différents systèmes existants
Différentes turbines.
- Basses chutes : 2 à 10 m.
Directrices fixes et mobiles,
Pales fixes et mobiles.
Ex. Hélices, Kaplan, Bulbes, « VLH ».
Roue et turbine Kaplan : source EREMA.
- Moyennes chutes : 5 à 100 m.
Directrices mobiles,
Axe verticale ou horizontal, avec ou sans escargot.
Ex. Francis, Banki.
Roue et turbine Francis : source EREMA.
- Hautes chutes : 50 m et plus.
Ex. Roues à Augets, Pelton, Turgo.
Roue et turbine Pelton : source EREMA.
Remarque : on peux regrouper les turbines en deux familles :
- Turbines dans l'eau dites turbines à action comme Pelton.
- Turbines dans l'air dites turbines à réaction comme Pelton ou Francis.
L'hydraulique, aides et procédures
Le cadre règlementaire (en résumé, car d'une grande complexité !)
Maîtrise du foncier.
L'implantation d'une centrale hydraulique et le passage d'une conduite forcée sont contraints par la nécessité de maîtriser le foncier.
Le permis de construire.
Pour la construction du ou des bâtiments d'exploitation nécessaires à l'usine hydroélectrique pour une surface supérieure à 20m2, le porteur de projet devra demander un permis de construire.
Prélèvements et droits d'eau.
Sur tous les cours d'eau et rivières, l'usage de l'eau appartient à titre privilégié au riverain à condition de restituer l'eau. Le préfet réglemente cet usage afin d'éviter tout danger pour la ressource et les écosystèmes aquatiques.
Ainsi, toutes les installations hydrauliques et ce quelle que soit leur puissance sont soumises à déclaration et à autorisation préfectorale. Elle doit respecter la loi sur l'eau de 1992 et son décret d'application relatif à l'hydroélectricité N°95-1204 du 6 décembre 1995.
La loi de protection de la nature de 1976
Les PCH sont soumises à étude d'impact (notice d'impact pour les installations inférieures à 500 kW) conformément à la loi sur la protection de la nature de 1976. Ce dossier est une pièce maîtresse dans la procédure d'instruction.
La loi Pêche de 1984
Cette loi a introduit la notion de débit réservé suffisant pour garantir en permanence la vie, la circulation et la reproduction des espèces piscicoles. Elle impose un seuil minimum à ce débit réservé égal au 1/10ième du module.
Les installations raccordées au réseau EDF.
Jusqu'en 2012 pour les anciennes installations, et pendant 20 ans pour les nouvelles, EDF est tenue d'acheter l'électricité produite par un producteur autonome qui souhaite réinjecter tout ou partie de sa production d'électricité.
Pour les micro-centrales hydroélectriques neuves, postérieures au 1er mars 2007 : contrat de 20 ans pour des tarifs de 6,07 centimes d'euro/kWh avec une prime comprise entre 0,5 et 2,5 centimes d'euro/kWh pour les petites installations ainsi qu'une prime comprise entre 0 et 1,68 centime d'euros/kWh en hiver selon la régularité de la production.
Les aides.
Si le projet d'installation hydraulique concerne l'habitation principale (cas de la pico centrale), le maître d'ouvrage peut prétendre à un crédit d'impôt de 50% sur le matériel TTC dans la limite d'une dépense de 50 % de 16 000 € (pour un couple marié ou Pacsé) ou de 50 % de 8 000 € (pour une personne seule) avec 50 % supplémentaire de 400 € par personne à charge.
L'hydraulique en Isère
La capacité totale en fonctionnement est inchangée depuis près de 10 ans en Isère. Le taux de nouvel équipement est marginal. Les graphiques suivants présentent les puissances hydrauliques installées, ainsi que le nombre, établis en fonction du type de maître d'ouvrage :
Puissance hydraulique installée en MW en Isère
(Installations règlementées)
Nombre d'installations en Isère
(Installations règlementées)
Ces résultats sont très importants à l'échelle du Département. La puissance hydraulique installée en Isère représente un peu moins de 18 % de la puissance totale.
EDF et CNR couvrent plus de 97 % de la puissance installée avec seulement 38 % des installations.
Il faut également noter que la centrale EDF de Grand'Maison a une puissance de 1 800 MW !
En Isère, on constate que la grande hydraulique domine :
Puissance installée en Isère
selon la classification de l'hydroélectricité
Installations hydrauliques en Isère
selon la classification de l'hydroélectricité
Quel potentiel ? Quelles perspectives ?
L'avenir de l'hydraulique réside d'une part dans l'amélioration des sites existants, notamment le remplacement des équipements existants ou vétustes (amélioration des rendements des systèmes). Cela contribuerait à une augmentation de la production d'électricité d'origine renouvelable à puissance installée égale.
D'autre part, il est également souhaitable de " réactiver " de vieilles installations qui ont produit de l'énergie jusqu'au début du siècle dernier et qui sont tombées en désuétude, notamment des équipements de Petite et de Micro Hydraulique. Rappelons qu'en France, au début du XIXème siècle, on comptait près de 80 000 moulins.
Enfin, de nouvelles installations sont à développer, plus particulièrement dans le domaine de la Micro et Pico Hydraulique. La cible du turbinage de l'eau potable et des eaux usées est également une piste non négligeable. Quelques références existent en Isère, mais les chiffres sont encore trop peu éloquents, aussi tout reste à faire.
Le potentiel est estimé à environ 1000 MW en France, dont la moitié en Rhône-Alpes. L'Isère, qui détient 40 % de puissance installée en Région Rhône-Alpes est donc un territoire privilégié.
Il est néanmoins nécessaire de créer des conditions administratives et règlementaires de développement favorables.
Pour aller plus loin
- Guide pour le montage de projets de petite hydroélectricité - Connaître pour agir - guide et cahiers techniques - ADEME - F - 06560 Valabonne - Tél : 04 93 95 79 00 - Télécopie : 04 93 65 31 96 - www.ademe.fr
Revues :
- HydroEnergie Revue - Éditions de la Vallée - Au vieux moulin - F - 54260 Viviers/Chiers- Tél : 03 82 89 76 12 - Mob : 06 03 82 19 67 - Courriel : Hydroenergie@wanadoo.fr
- « Le réveil des moulins » - http://www.moulinaeau.org/
Cartes anciennes :
- Grenoble Editions Glénat Les Collines - 19, avenue Alsace Lorraine - 38000 Grenoble - Tél : 04 76 46 34 60
- Grenoble Librairie Arthaud - 23, grande Rue - 38000 Grenoble - Tél : 04 76 42 49 81
Fédérations et syndicats :
- Fédération Française des Amis des Moulins (FFAM) - 5, rue Villiot - 75012 Paris. Tel : 01 43 47 43 47 / fax : 01 43 47 41 24 - http://www.moulinsdefrance.org
- Fédération Des Moulins de France (FDMF) : documentation sur les problèmes de droit. Revue : « Le monde des moulins » - www.fdmf.fr
- Syndicat de Défense des Moulins et Cours d'Eau (SDMCE) : être adhérent permet de pouvoir dialoguer et échanger des informations techniques.
- Conseil Général de l'Isère - Hôtel du Département - 7, rue Fantin Latour - 38 000 Grenoble. Tél :04 76 00 38 38
- Direction technique aménagement et équipement : 04 76 00 30 01
- Direction technique des marchés et du patrimoine : 04 76 00 35 66
Droit d'eau et de prélèvement :
- DDAF - Direction Départementale de l'Agriculture et des forêts - 42, avenue Marcelin Berthelot BP 31 38 040 Grenoble cedex 9 - Monsieur CORBET - service eau patrimoine naturel -Tél : 04 76 33 45 73 - Fax : 04 76 40 46 82
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