Hydroélectricité avec son moulin

Produire de l’Énergie Verte avec un moulin dans le Cher

Avant de se lancer dans une opération d’hydroélectricité, la question que l’on doit se poser est :
Quelle est la puissance hydraulique brute disponible de mon moulin à eau ?

Calcul de la puissance hydraulique brute

C’est la puissance moyenne de l’eau au droit d’un ouvrage hydraulique, on l’appelle également la PMB (Puissance Maximale Brute).
Elle se calcule par la formule suivante :

P = ῥ x g x Q x H

avec :

• P : puissance en Watt.
• ῥ : masse volumique de l’eau (environ 1000 kg/m³).
• g : accélération de la pesanteur (9,81 m/s²)
• Q : débit moyen (en m³/s).
• H : hauteur d’eau entre le niveau amont et le niveau aval (en m ).

Exemples :

Remarques :

• La puissance hydraulique brute ne donne qu’un simple ordre de grandeur.
  Elle ne sera pas la puissance hydro-électrique nette obtenue en sortie de générateur.
  En effet : la turbine, la roue ou la vis, le multiplicateur, le générateur n’ont pas des rendements de 100%.
  Il y a toujours des pertes de puissance tout au long de la chaîne cinétique.
• Tous les débits (Q) ne seront pas utilisables ; les très petits débits ainsi que les très gros ne pourront pas être correctement exploités au cours de l’année par la turbine ou la roue.
• La hauteur de chute (H) varie également en fonction du débit, elle tend à diminuer avec les hauts débits.

Par ailleurs, le débit moyen (module) de la rivière est indicatif. On peut très bien choisir de ne produire que les 6 mois de hautes eaux, et dans ce cas la puissance installée sera proportionnelle au débit moyen de ces 6 mois.
On utilise donc la puissance hydraulique brute que pour estimer rapidement le potentiel maximal d’un site.
Le potentiel réel demandera une étude approfondie pour laquelle on doit notamment se procurer :

Sites utiles : pour chercher un débit de rivière, consulter la Banque Hydro : hydro.eaufrance.fr
Pour certaines stations hydrologiques en activité (pas toutes), un accès plus rapide par VigieCrue

Perte de charge

Ce sont les pertes créées par le passage de l’eau dans les différents ouvrages : canal d’amenée, conduite forcée, canal de fuite, vannes, turbine, grilles…
Ces pertes de charge peuvent être exprimées en hauteur de chute en mètre.
En hydraulique, l’équation de Bernoulli sur la conservation de l’énergie d’un écoulement d’eau stipule :

(V²/2g) + Z + [P(ῥ x g)] = constante

Concrètement, la perte de charge entre 2 points de l’écoulement correspond à la dissipation de l’énergie par friction (contre les parois du canal, des barreaux de la grille…) et par les turbulences (dans un coude de conduite forcée, en aval d’une grille..).
Une perte de charge peut également résulter d’une variation de la hauteur de chute lors d’une remontée du niveau aval lors d’une crue (le terme Z dans l’équation ci-dessus).
Ces différents éléments doivent être analysés sur le site lors d’un projet en petite hydro, car le dispositif de conversion d’énergie (roue, vis ou turbine) sera toujours conçu pour être optimal à une certaine charge.
Une erreur de conception, notamment l’oubli d’une perte de charge importante, entraîne un rendement et une production plus faibles que prévu.