Principe de fonctionnement

Un principe fondamental exprime que tout corps soumis à la gravité terrestre tombant fournit de l’énergie ; il en est ainsi pour les chutes d’eau. Ainsi, quelque soit sa destination, de l’eau qui coule est une source potentielle d’énergie. Ce principe s’applique surtout aux canalisations des zones montagneuses puisque tout pays de montagne possède de nombreux réseaux d’adduction (eau potable et irrigation), et d’assainissements (eau usée) dans lesquels la dénivellation entre l’amont et l’aval est importante. Cette différence d’altitude génère une pression souvent trop élevée pour être supportée par les canalisations ; il est alors nécessaire de la dissiper, du moins partiellement, pour assurer la pérennité des réseaux. La méthode traditionnelle consiste à installer des réducteurs de pression sur les réseaux. Ces réducteurs de pression sont destinés à abaisser la pression de l’eau en dessous d’un certain seuil de contrainte. Or une pression est une énergie potentielle. Plutôt que de la dissiper à l’aide de ces réducteurs de pression et donc de perdre cette énergie, il est possible de la transformer en électricité par l’intégration de turbines hydrauliques sur le réseau d’eau. L’énergie exploitable est donc proportionnelle à la chute d’eau (corps soumis à la gravitation), mais elle est également fonction de la masse (donc du débit) du volume d’eau. Ces deux données fondamentales vont déterminer la puissance de chaque installation. Le principe utilisé dans ce type de centrales est la conversion de l’énergie provenant d’une chute d’une masse d’eau en énergie mécanique à travers une turbine hydraulique, cette dernière entraîne un alternateur ou bien une génératrice dans lequel l’énergie mécanique est transformée en énergie électrique. [1]

Récupération de l’énergie

L’eau est amenée par une conduite forcée provenant d’un piquage sur une canalisation existante ou à mettre en place. Du fait de la dénivellation, l’eau dans la canalisation est considérée comme une chute d’eau. Celle-ci fournit de l’énergie qui correspond à l’énergie hydraulique : c’est l’énergie potentielle de l’eau. Une turbine hydraulique, comme une roue à aube d’un moulin, installée sur de tels réseaux, va être mise en rotation par l’énergie de l’eau, sous forme d’énergie de pression ou d’énergie cinétique. L’énergie hydraulique est alors transformée en énergie mécanique directement utilisable sur un arbre en rotation. L’eau poursuit ensuite son chemin dans la canalisation. Une fois mise en mouvement, la turbine entraîne un générateur de courant qui va transformer l’énergie mécanique, disponible sur l’arbre, en énergie électrique. Le courant produit à la sortie du générateur doit ensuite être évacué et transporté jusqu’au point de livraison. Lorsque la production d’énergie électrique est injectée au réseau local d’électricité, il faut que la valeur de la tension produite (en général 380 V) soit égale à la valeur des lignes de transport de l’électricité (par exemple 20 K V). Cette action est réalisée par un transformateur qui permet d’élever la tension, et l’électricité va alors pouvoir être transportée sur de longues distances entre les zones de production et les zones de consommation, car grâce à cette élévation de la tension, les pertes d’énergie sont minimisées. La figure ci-dessous représente schématiquement la récupération de l’énergie.

La prise d’eau

La prise d’eau est en général constituée des barrages de retenue sont établis en travers du lit de rivière, ils servent à concentrer les chutes prés des usines et à former des réservoirs d’emmagasinage. On peut ainsi créer des réserves d’eau pour compenser l’insuffisance de débit pendant les périodes de sécheresse et assurer à l’usine une alimentation en eau plus uniforme. Les barrages peuvent être en béton, enrochement ou en terre. Les barrages de type poids sont les plus utilisés, ils s’opposent à la poussée des eaux par leur masse même. Les déversoirs (ou évacuation de crue) installés prés des barrages sont destinés à laisser passer l’eau lorsque son niveau dépasse une certaine hauteur. Ils permettent d’évacuer sans dégâts les débits considérables résultants de la neige ou provoqués par des pluies de longue durée. La charge d’un réseau varie considérablement au cours d’une journée. Elle est très faible la nuit .il en résulte que, durant la période des forte crues du printemps le débit d’une rivière ne peut être entièrement employé pour produire l’énergie a certaine heure du jour car la demande est trop basse. Si le bassin d’emmagasinage du barrage est insuffisant ou encore à peu prés inexistant (cas des centrales au fil d’eau), on est obligé de laisser passer l’eau par – dessus de déversoir, sans l’utiliser. [2] La pris d’eau peut également être installée sur un canal d’irrigation ou sur une adduction d’eau potable.

Les conduites d’eau Les conduites d’eau d’une mini centrale hydroélectrique sont les suivantes :

•Une entrée d’eau munie d’une grille crapaudine alimentant un canal, suivit du bassin de mise en charge et de la conduite forcée. L’entrée est généralement en béton armé, la grille en acier et la vanne en bois ou en acier.

•La conduite forcée : Réalisée en matière synthétique pour les faibles chutes, en métal pour les hautes pressions ou en inox pour l’eau potable, la conduite a pour but d’acheminer l’eau, en écoulement forcé, de la chambre de mise en charge à la centrale. Elle doit faire l’objet d’un dimensionnement particulièrement rigoureux afin d’éviter une perte de charge incompatible avec le turbinage optimal.

A la sortie de la conduite forcée des aménagements à moyenne et à basse chute, l’eau arrive dans la chambre de mise en charge d’où elle est distribuée aux différentes turbines. Une couronne fixe (bâche spirale) entoure chaque turbine et assure une répartition uniforme de l’eau sur son porteur .Une série de porte ou de vannes mobile, disposée permettent de réglée l’admission de l’eau dans celle-ci. Ces vannes sont actionnées par des vérins hydrauliques commandés par le régulateur de vitesse.

Conclusion générale

Cette étude nous a permis d’étudier la possibilité d’implanter une mini centrale hydroélectrique sur un réseau d’eau potable, ainsi que l’identification des éléments constituant cette mini centrale. Pour une meilleure exploitation des ressources naturelle existante en Algérie nous avons opté pour un site qui présente des caractéristiques permettant d’obtenir un potentiel énergétique important. Notre étude a été faite particulièrement sur le réseau d’eau potable de la région de Tizi Ouzou où on a choisi un lieu pour l’implantation. Ce lieu est celui d’iferhounene au niveau du réservoir de Soumeur. Dans les résultats de l’étude menée sur le site, on a trouvé une valeur importante du potentiel energitique ce qui permet l’exploitation de cette source naturelle pour le bénéfice de la population. En résumé, on peut dire que le turbinage des eaux potables, rentre parfaitement dans le cadre du développement des énergies renouvelables voulu par et pour la région. Cette production d’énergie est aisée à mettre en oeuvre et à exploiter localement par les collectivités publiques ou privées pour lesquelles est une source de revenus en plus. Produire une énergie à la fois propre et renouvelable en utilisant la force hydraulique, c’est indéniablement une bonne idée…mais produire une telle énergie sans porter aux paysages et aux écosystèmes, et en réduisant considérablement les investissements habituellement liés à ce type d’infrastructure, c’est encore mieux. C’est aujourd’hui possible grâce à la production d’énergie sur les réseaux d’adduction d’eau potable. Cette technique ingénieuse et encore mal connue, qui ne demande qu’a se développer en donnant importance a l’amélioration du matériel hydraulique et hydroélectrique comme le renouvellement de la conduite qui se détériore avec le temps, ce qui provoque l’augmentation des pertes de charges qui influe sur le rendement de la mini centrale. Ce projet de fin d’étude fut pour nous l‘occasion d’étendre nos connaissances et constitue un complément indispensable à notre formation, espérons être un outil ou un guide pour ceux qui auront le consulté.