État de l’art et synthèse sur la situation actuelle, perspectives des sources de production d’électricité hydraulique

Nous présentons l’état de l’art du domaine en regroupant l’ensemble des articles ou contenus d’ouvrages, que nous avons choisi pour commencer cette étude. Dans le bilan que nous présenterons ensuite, nous donnerons les grands axes de recherche vers lesquels nous avons souhaité nous orienter à la lueur de cette étude. Ensuite, nous situerons notre étude dans le contexte national et international et nous tirerons les premières conclusions. Ce chapitre présente les différentes technologies utilisées dans les petites centrales hydroélectriques, les caractéristiques et paramètres des micro-turbines et leur modélisation. Les résultats issus de cette étape permettront de choisir la structure de couplage mécanique de la microcentrale hydroélectrique pour la suite de cette thèse I.1. Notions générales sur les petites centrales hydroélectriques (PCH) À côté des centrales de très forte puissance (installations sur des fleuves de plusieurs dizaines de MW) qui nécessitent de grands barrages complexes et coûteux et dont les impacts écologiques et humains sont très importants (modification des cours d’eau, ensablement, inondation de vallées et déplacement de population…), il est possible de produire de l’électricité à partir de petits cours d’eau et d’installations plus simples dites « au fil de l’eau » (simples prises d’eau sur rivières). I.1.1. La définition d’une petite centrale hydroélectrique [Ade 06] Une PCH se définit comme une installation de production énergétique, d’une puissance inférieure à 10 MW, transformant l’énergie hydraulique d’un cours d’eau en énergie électrique. La petite hydroélectricité est une forme de production d’énergie répondant aux trois critères fixés dans la définition généralement admise pour les énergies renouvelables :

a. Pérennité des ressources Les énergies renouvelables sont basées sur l’exploitation de flux naturels d’énergie : rayonnement solaire, cycle de l’eau, des vents, flux de la chaleur de la terre, effet de l’attraction lunaire et solaire sur les océans. Ce sont donc des énergies inépuisables à l’inverse des énergies fossiles et minières (charbons, pétroles, gaz naturel et uranium). L’énergie hydroélectrique utilise presque exclusivement la partie « terrestre » du cycle de l’eau, c’est-à-dire celle qui concerne l’écoulement de l’eau entre l’arrivée à terre des précipitations (pluies et neiges) et le retour à la mer. La notion de petite hydraulique est variable selon les pays. A l’heure actuelle, il n’y pas de définition internationale fixant les gammes de puissance des installations. Les notions de petite, mini et micro hydraulique sont présentes dans la littérature et certaines différences sont illustrées au tableau 1.1 [Dra 01], [Pai 02].

 La part des PCH parmi les autres formes d’énergies renouvelables

dans le monde La micro-hydroélectricité est une technologie éprouvée et parvenue à maturité [Hem 99]. Idéale pour l’électrification des sites isolés, elle apporte un appoint à la production électrique nationale en cas de forte consommation. Une étude menée par l’European Small Hydraulic Association (ESHA) estime les ressources de potentiel de l’Union européenne encore disponible des microcentrales hydrauliques à 1700 MW. Le tableau 1.2 présente la part des petites centrales hydrauliques parmi les principales autres formes d’énergies renouvelables dans le monde [Dra 01].L’hydroélectricité est largement acceptée comme une énergie propre et compatible avec les contraintes environnementales, mais cela n’a pas toujours été le cas à cause des importants ouvrages d’art que nécessite la mise en place des grands barrages (déviation de cours d’eau, inondations locales, déplacements de population, etc.). Au-delà du potentiel écologique, une comparaison basée sur un facteur de rendement fonction de l’installation montre que l’hydroélectricité reste la forme la plus rentable de production d’énergie. Ce facteur de rendement est le ratio entre la quantité d’énergie produite par l’installation pendant toute sa durée de vie et l’énergie requise pour la mise en place de l’équipement de production, y compris son alimentation. (Voir Tableau 1.3) [Dra 01].