LA VALORISATION ENERGETIQUE DES PETITS MOULINS A EAU
Il y a en France un très grand nombre de propriétaires de « petits » (1) moulins souhaitant produire leur propre énergie électrique en vue d'autoconsommation.
Ces moulins ont pour la plupart arrêté leurs exploitations il y a quelques dizaines d'années, mais un fort potentiel existe : la retenue, le bief, les vannages, les machines hydrauliques (roues horizontales, verticales, petites turbines).
Ces installations sont souvent en mauvais état par défaut de fonctionnement et absence d'entretien mais peuvent être remises en service avec plus ou moins de frais suivant la situation et la capacité du propriétaire à effectuer lui-même ces travaux, éventuellement conseillé par un spécialiste. L'importance de ces frais doit être justifiée par une utilisation optimale.
C'est justement à ce niveau qu'il y a un problème car la plupart des personnes concernées n'ont pas les compétences techniques nécessaires pour aller plus loin et réaliser une installation qui donne entière satisfaction.
On assiste quelquefois à des « expériences » avec des installations « bricolées », peu performantes, peu fiables et manquant de sécurité.
Quelquefois, le propriétaire demande un devis à une entreprise qui a des compétences techniques mais pas d'expérience de ce type d'installation. Le devis est généralement dissuasif et il n'y a pas de suite.
Propriétaire d'un petit moulin équipé d'une turbine (en très mauvais état lors de l'acquisition), j'ai décidé de redonner vie à cette installation et de produire mon électricité (2).
Après avoir restauré cette machine, je l'ai accouplée directement à l'aide de courroies trapézoïdales à une génératrice asynchrone. Un automatisme de ma conception permet de réaliser toutes les fonctions de couplage/découplage au réseau, arrêt temporisé lors d'une coupure secteur, sécurité survitesse, marche manuelle, marche automatique asservie au niveau d'eau, gestion de la batterie de secours, alarme défaut.
J'ai opté pour une commande des directrices par un moteur à courant continu alimenté par batterie. C'est un système très fiable qui supprime l'habituelle commande hydraulique.
Cette installation pilote à l'état de prototype fonctionne parfaitement depuis plusieurs mois. Elle doit être industrialisée en vue de commercialisation par une entreprise.
Ce projet répond aux critères suivants :
ðŸ Coût modéré (3) grâce à une conception standardisée.
ðŸ Installation et maintenance aisée ne faisant pas appel à du personnel hautement spécialisé : modularité et maintenabilité.
ðŸ Exploitation « sans souci » : simplicité d'utilisation, gestion automatique et transparente des incidents.
ðŸ Options : dégrillage automatique, ouverture de vanne de délestage en cas de crue.
Cet équipement est conçu sous forme modulaire ; il comprend 3 modules :
un coffret d'automatisme,
une armoire d'électrotechnique,
un coffret de raccordement au réseau.
Il est prévu pour fonctionner sur des chutes de faible puissance (picocentrales) de 1 à 10 kW mais peut facilement être étendu à des puissances supérieures.
La réalisation industrielle devrait voir le jour en 2002.
L'aboutissement de ce projet doit pouvoir permettre la remise en service de nombreux petits moulins à eau dans une nouvelle utilisation, contribuant ainsi à la valorisation de ce précieux patrimoine à la grande satisfaction de propriétaires.
On parle de « petits » moulins en ce qui concerne leur capacité de production d'énergie. on utilise le terme de picocentrales pour des aménagements de quelques kW.
Turbine Francis, axe horizontal en huche spirale, chute nette : 2.5 m, débit : 200 l/s, puissance électrique disponible : 3 kW, productivité : 10 000 kWh/an.
Objectif : 50 à 100 000 F TTC pour 10 kW installés suivant l'état initial de l'installation équipé d'une turbine en état de marche.
Octobre 2001
Michel PIERRE - ADAM LG
Remarques :
1 - la puissance doit rester constante pendant tout le temps considéré.
2 - il faut utiliser des unités homogènes
Puissance : W ou kW
Energie : Wh ou KWh
Temps : heures
Le temps doit être exprimé en unité décimale (ex : 1h30 mn = 1.5 h)
La puissance (ou l'énergie) ainsi définie correspond à la notion de puissance (ou d'énergie) active ou réelle.
A défaut de précision, il s'agit toujours d'énergie active, c'est ce que facture EDF.
LA PUISSANCE APPARENTE : elle s'exprime en Volts-Ampères (VA) ou son multiple kilovots-Ampères (kVa).
C'est une notion liée au dimensionnement d'une machine ou d'une installation. Ainsi, un moteur qui absorbe 10 A sous 220 V, a une puissance apparente de 2200 Va ou 2.2 kVa.
LE FACTEUR DE PUISSANCE : aussi appelé cosinus PHI (en abrégé cos ðj). C'est un coefficient qui relie puissance active et puissance apparente.
Ou encore
Ainsi, prenons le moteur de l'exemple précédent qui absorbe 10 A sous 220 V. Sa puissance apparente est de 2200 Va. Par ailleurs, on mesure une puissance active de 1900 W.
Son facteur de puissance est de 0.86 (1900 : 2200 = 0.86).
Le facteur de puissance est toujours inférieur ou au mieux égal à un. Il est égal à un pour une résistance pure (ex : un convecteur électrique).
Plus ce coefficient se rapproche de un, plus la puissance active se rapproche de la puissance apparente.
La divergence entre les deux résulte de ce qu'on appelle la puissance réactive.
LA PUISSANCE REACTIVE : s'exprime en Volts-Ampères réactifs (VAR ou son multiple KVAR).
Dans tout composant électrique (hormis la résistance) il y a nécissité de créer une excitation (ex : champ magnétique pour un moteur, champ électrique pour un condensateur). Cette excitation se fait sans dépense d'énergie.
Le moteur absorbe de l'énergie réactive, le condensateur, lui, en fournit.
La relation entre puissance active, réactive et apparente est complexe car elle fait appel à des notions mathématiques que nous ne voulons pas aborder ici.
L'ENERGIE : c'est ce qui correspond à la production d'un travail. Elle s'exprime en Wh ou kWh.
LA PUISSANCE : (active ou réelle) c'est ce qui correspond à la possibilité d'effectuer un travail. Elle s'exprime en W ou kW.
LA PUISSANCE APPARENTE : c'est ce qui correspond au dimensionnement d'une machine ou d'une installation. Elle s'exprime en Va ou kVa.
LA PUISSANCE REACTIVE : c'est ce qui correspond à l'excitation d'un appareil. Elle s'exprime en VAR ou kVAR.
LE FACTEUR DE PUISSANCE ou COS PHI (cos ðj) : c'est le rapport entre puissance active et puissance apparente.
C'est volontairement que j'ai procédé par affirmation, sans justification ou explication technique, afin de rendre ce texte accessible au plus grand nombre. Toutefois, je me tiens à votre disposition si vous voulez en savoir plus (tél/fax/rép. : 05.53.97.34.71).
M. Michel PIERRE
ADAM LG