Cahier des charges par binôme

Afin de répondre aux différents objectifs du projet, le travail a été décomposé en 4 binômes :
 

  • Etude hydrologique de la Vouzance

Antoine Duturc et Betty Menier

  • Etude du risque inondation

Quitterie Cazenave et Simon Gaffet

  • Etude technique et économique

Vincent Dourdet et Silvain Dury

  • Etude réglementaire et environnementale

Hélène Baron et Maxence Lala-Bouali

Etude hydrologique de la Vouzance

Contexte et objectifs

Contexte

 

Enjeux

L’électricité produite par une centrale hydroélectrique provient de la conversion de l’énergie mécanique de l’eau en énergie électrique. Le potentiel énergétique disponible est proportionnel à la hauteur de chute et au débit du cours d’eau. Si la hauteur de chute est purement liée à l’aménagement de la centrale, le débit disponible est fonction de l’hydrologie de la rivière. Pour connaître la puissance disponible, il apparaît donc important de caractériser le débit du cours d'eau.

Lors d’événements de crue, c’est-à-dire de débits exceptionnellement importants, l’enjeu prépondérant n’est plus la production électrique, mais la sûreté de fonctionnement et la sécurité.

 

Localisation géographique

Le moulin Priaud est installé sur la Vouzance. La Vouzance est une rivière de 41,2 km qui traverse 9 communes. Parmi elles, Saint-Léger-sur-Vouzance dispose d'une station hydrologique permettant la collecte de données de débits sur ce cours d'eau. En figure 1, on rappelle la localisation de l'Allier, ainsi que celle de la ville de Molinet. La figure 2 met en évidence la réseau hydrologique de la Vouzance, la localisation du moulin ainsi que celle de la station de mesure de Saint-Léger-sur-Vouzance.

Figure 1. Localication de la ville de Molinet. Source : http://www.cartesfrance.fr

 

Figure 2. Localisation du Moulin Priaud et de la station de Saint-Léger-Sur-Vouzance. Source : Data Base BDCarthage

 

Objectifs

  • Objectif de production : quantifier le débit disponible, ainsi que ses variations au cours de l’année. Cette étude s’appuie sur le régime normal de la Vouzance. L’objectif est de fournir au binôme "Etude technique et économique" les éléments nécessaires à l'estimation de la puissance productible, ainsi qu'au dimensionnement d'une turbine.
  • Objectif de protection du moulin face aux inondations : caractériser les événements de crue, les débits extrêmes et temps de retour associés. Cette étude s’appuie sur les chroniques de débits maximaux annuels. L’objectif est de fournir au binôme "Etude du risque d’inondation / protection de la pico centrale" des hydrogrammes de crue permettant de réaliser des simulations numériques d’inondations.

Méthodologie

Méthodologie

La première phase de travail consiste en la recherche et la collecte de données. L'objectif premier est de réunir tout types de données de débit disponibles sur la Vouzance. Si trop de données sont manquantes ou invalides, il sera nécessaires de reconstituer certaines chroniques. Pour cela, un travail de modélisation hydrologique est nécessaire, nécessitant des données pluviométriques.

 

Outils :

Si une modélisation hydrologique est nécessaire, les modèles pluies-débits envisagés sont GR4J et HEC-HMS. Pour mener les analyses statistiques, les logiciels Matlab, LibreOffice Calc et Microsoft Excel seront utilisés.

Planning prévisionnel

En figure 1 est joint le diagramme de Gantt spécifique de l'étude hydrologique.

Figure1. Diagramme de Gantt de l'étude hydrologique

Etude du risque inondation

Contexte et objectifs

Les installations au fil de l'eau sont soumises aux aléas des crues. Et en raison de sa localisation, un moulin présente un risque d'inondation non négligeable. Selon l'expérience du propriétaire, le moulin Priaud se retrouve partiellement submergé presque chaque année. Il est important de quantifier ce risque dans la mesure où la pico-centrale ne peut pas fonctionner en cas d'inondation. Par ailleurs, ces inondations peuvent être à l'origine de dommages au niveau des installations. C'est donc un facteur à prendre en compte pour l'étude de rentabilité du projet.

Ce constat amène deux problématiques majeures :

  • Garantir la pérennité de l'ouvrage et de ses structures
  • Identifier comment les crues inter-agissent sur le fonctionnement de la centrale, notamment sur la production.

Lors de l'étude, les aspects suivants sont ainsi considérés :

  • Localiser et quantifier le risque d'inondation : déterminer l'impact sur la structure ainsi que sur la production
  • Proposer des solutions pour limiter l'impact des inondations : étude de la mise en place d'un aménagement de protection et évaluation du coûts des mesures envisagées.

Méthodologie

Afin de répondre aux objectifs que fixés, voici la méthodologie suivie.

Modélisation des zones inondables

Dans un premier temps, nous nous concentrerons sur l'étude hydraulique de la zone d'étude pour définir dans quelles conditions le cours d'eau déborde et quelles sont les zones à risque.

  • Il serait intéressant d'avoir une idée de l'ampleur des inondations si une carte des PHE est disponible.
  • Il convient de définir la zone d'étude : déterminer le périmètre à considérer autour du moulin.
  • La bathymétrie de la zone est nécessaire pour réaliser les simulations. Des données de bathymétrie sont disponibles sur le site de l'IGN avec une résolution de 25m. Sachant que le cours d'eau a une largeur d'une dizaine de mètres, il y a un potentiel problème de représentativité du problème. Il faudra donc réfléchir à une solution. Dans le cas où les données ne nous parviendraient que tardivement, une visite sur le site nous permettrait d'avoir une idée de la topographie de la région et de la profondeur moyenne du cours d'eau.
  • Une visite sur le site nous permettra également de déterminer plus précisément les caractéristiques du cours d'eau pour pouvoir caler le modèle et les paramètres (coefficient de frottement).
  • A partir des hydrogrammes de crue fournis par le binôme chargé de l'Etude hydrologique, nous réaliserons plusieurs simulations afin d'obtenir des cartes d'inondation dans la zone du moulin ainsi que des profils de hauteur d'eau dans les zones sensibles. Nous envisageons d'utiliser le logiciel Télémac 2D pour réaliser ces simulations.

Quantification du risque

Dans cette deuxième partie, nous étudierons l'impact de la crue sur l'aménagement, en particulier en terme de pertes de production et de détérioration des installations. Cette analyse se fera en étroite collaboration avec le binôme 3 chargé d'optimiser les installations pour la production d'électricité.

Plusieurs étapes sont nécessaires à cette étude :

  • déterminer les limites de fonctionnement des différents éléments de la pico-centrale ;
  • réaliser une analyse de risque d'inondation au niveau de l'aménagement à partir des recherches réalisées par le binôme 1 sur les durées de retour des crues, donnant une indication sur la vulnérabilité de l'aménagement ;
  • en déduire les périodes pendant lesquelles la centrale ne pourra pas fonctionner et les pertes de production associées.

Dimensionnement d'un ouvrage de protection

Enfin, le dernier axe de l'étude du risque d'inondation sera la recherche de solutions de protection de la pico-centrale avec, s'il y a lieu, le dimensionnement d'un aménagement pour protéger le moulin.

Dans ce cas, nous utiliserons également le logiciel Télémac 2D et analyserons plusieurs scénarii pour optimiser la position et les dimensions de l'aménagement. Cette étude sera à réaliser en accord avec le binôme 4. En effet, il s'agit ici de considérer l'éventualité d'une nouvelle installation, qu'il faudra donc prendre en compte dans l'étude d'impact.

Planning prévisionnel

Le projet s'articule autour de trois grandes phases:

  • modélisation des zones inondables ;
  • dimensionnement d'un ouvrage de protection ;
  • évaluation du risque et de ses conséquences.

La méthodologie sera structurée de la manière suivante :

De plus, chaque semaines, des réunions de groupes seront planifiées afin de suivre l'évolution et la cohérence du projet.

Etude technique et économique

Contexte et objectifs

Contexte

Le moulin Priaud, existant depuis 1894, avait pour but jusqu'en 1988 de produire de la farine. Depuis, son propriétaire s'est attaché à maintenir les organes principaux (seuil, canal d'amenée, turbine) dans un état de fonctionnement satisfaisant. Il souhaiterait ainsi savoir si, dans son état actuel, le moulin pourrait être converti en petite centrale hydroélectrique et connaître la rentabilité liée à cette réhabilitation.

Objectifs

  • Proposer des solutions de réhabilitation.
  • Étudier la rentabilité du projet.

 

Méthodologie

Afin de mener notre étude sur la réhabilitation du moulin, nous avons choisi d'étudier le fonctionnement des organes nécessaires à la production d’électricité dans une PCH.

Suite à cette étude préliminaire, nous nous attarderons plus précisément au fonctionnement actuel du moulin Priaud :

  • listing des installations présentes (visite de terrain)
  • analyse de l’état des installations (état général, état de fonctionnement, vétusté, maintenance, respect des normes)
  • identification des installations à remplacer ou manquantes afin de produire de l’électricité
  • rédaction du cahier des charges.

Le cahier des charges fourni nous permettra dans un premier temps de bâtir un plan de réhabilitation en conservant les installations fonctionnelles actuelles et en proposant la mise en place des installations à remplacer ou manquantes (scénario 1).

  • étude des données en entrée provenant du travail des autres binômes (débits, réglementation, risque inondation)
  • étude du fonctionnement des installations à remplacer ou manquantes
  • chiffrage des solutions retenues et rédaction du plan de réhabilitation.

Dans un second temps, nous proposerons l'optimisation de certaines installations existantes pour en étudier l'impact sur la rentabilité du projet (scénario 2) :

  • étude du fonctionnement des installations prioritaires
  • choix des solutions techniquement et économiquement optimales 

Enfin, en prenant en compte les investissements nécessaires identifiés par les autres binômes (aménagements de protection contre les inondations, solutions compensatoires) et les solutions techniques retenues dans notre étude, nous étudierons la rentabilité globale du projet pour les scénarios 1 et 2 :

  • chiffrage global du projet
  • estimation des coûts d'exploitation
  • estimation des gains financiers (revente de l'électricité produite)
  • analyse de la rentabilité du projet à l'aide de 2 indicateurs :
    • Valeur Actuelle Nette (VAN)
    • Taux de Rentabilité Interne (TRI).

Planning prévisionnel

Notre planning a été élaboré en réflexion avec les différents binômes. Certaines tâches dépendent ainsi de l'avancée du travail des autres groupes. Nous devrons donc adapter notre planning tout au long du projet afin de s'assurer de respecter le délai imparti.

Des livrables ont été définis en fin de chaque phase principale :

  • cahier des charges : identification des besoins ;
  • solutions de réhabilitation : ensemble des solutions étudiées ;
  • plans de réhabilitation : solutions retenues pour les 2 scénarios.

 

 

Etude réglementaire et environnementale du projet

Contexte et objectifs

Contexte

Dans le contexte européen a​​ctuel, les centrales hydroélectriques quelle que soit leur taille sont soumises à un cadre réglementaire de plus en plus strict en matière d'exigences environnementales. Tout projet d'installation ou d'aménagement de centrale hydroélectrique requiert une étude d'impact préalable, afin de déterminer les mesures correctives et compensatoires éventuellement nécessaires.

C'est pourquoi une étude environnementale est partie intégrante du projet afin de répondre à notre objectif de groupe. 

 

Objectifs

Complètement intégré au cadre décisionnel du projet en vue de la réhabilitation du moulin, notre binôme a pour objectif de déterminer les investissements nécessaires du volet environnemental du projet.

Cet axe se décline en trois sous-objectifs :

  • Détermination des contraintes et enjeux environnementaux :
    - analyse du contexte réglementaire des pico-centrales hydroélectriques,
    - étude d'impact environnemental ;
  • Étude des mesures compensatoires à mettre en place ;
  • Évaluation du coût des mesures compensatoires.

Méthodologie

Méthodologie

Nous présentons maintenant les différentes étapes de notre étude, qui vont nous permettre de répondre aux différents sous-objectifs fixés.

  1. Étude du contexte réglementaire

Nous ferons l’état des lieux des textes réglementaires auxquels est soumis le moulin, créé avant la loi du 16 octobre 1919. Cette recherche bibliographique nous permettra de dresser les obligations à respecter dans le cadre d’une conversion du moulin en picocentrale hydroélectrique.

   2. Étude d'impact

Pour réaliser l'étude d'impact au sens législatif, nous réaliserons les 6 rubriques fondamentales requises prévues par le Code de l'Environnement :

  • Analyse de l’état initial (ou "état de référence") : inventaire de la faune et de la flore, étude géologique incluant l'aspect hydraulique, cadre législatif (cf.1.) propre à la zone, au milieu aquatique et à ce type de construction.
  • Étude des effets du projet sur l’environnement (et la santé humaine) : directs et indirects, temporaires et permanents, cumulés avec d'autres projets.
  • Étude des impacts positifs du projet sur l’environnement.
  • Mesures envisagées pour supprimer, diminuer, et compenser si possible les conséquences du projet.
  • Esquisse des principales solutions de substitution examinées par le maître d’ouvrage et une indication des principales raisons de son choix, eu égard aux effets sur l’environnement ou la santé humaine.
  •  Résumé non technique des informations prévues ci-dessus.

   3. Étude de la mise en oeuvre des mesures correctives et/ou compensatoires retenues

Nous hiérarchiserons ici l'ensemble des mesures correctives ou compensatoires énumérées dans l'étude d'impact. Nous ferons alors le choix des mesures les plus judicieuses et étudierons leur mise en place et leur dimensionnement le cas échéant.
Enfin, nous estimerons le coût des mesures retenues.

 

Outils :

Étude du contexte réglementaire :
- Lois et réglementations (Code de l'Environnement, Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques, Directive Cadre sur l'Eau...).

Étude d'impact :
- Données géologiques.
- Relevés faunistiques et floristiques.
- ArcGis.
- Code de l'environnement.

Étude de la mise en oeuvre des mesures correctives et/ou compensatoires retenues
- Télémac.
 

Relations avec les autres binômes :

  1. Étude du contexte réglementaire (Binômes 1,2 et 3)

Nous déterminerons le débit réservé à partir des textes réglementaires et des données générées par le binôme 1 puis nous transmettrons cette valeur au binôme 3. Enfin, nous tiendrons informé l'équipe du cadre réglementaire entourant la réalisation de notre projet.

   2. Étude d'impact (Binômes 2 et 3)

Nous recueillerons et analyserons les aménagements proposées par les binômes 2 et 3 afin de les intégrer au fur et à mesure dans l'étude d'impact.

   3. Étude de la mise en oeuvre des mesures correctives et/ou compensatoires retenues (Binôme 3)

Nous communiquerons au binôme 3, chargé de l'étude de rentabilité, les coûts liés à la mise en place des mesures correctives et/ou compensatoires

 

Contacts :

Pour réaliser ce travail, nous nous appuierons bien sûr sur les différents contacts du groupe présentés dans le cahier des charges de groupe. Nous échangerons également dans la mesure du possible avec les différents acteurs du territoire de la commune du Moulin Priaud : Mairie, Services Environnement/Milieux aquatiques de la communauté d'agglomération, DREAL...

 

Planning prévisionnel

L'organisation méthodologique en trois parties nous permettant de répondre aux différents sous-objectifs fixés conduit à la structuration suivante de notre étude :

Chaque semaine des réunions au sein de l'équipe et du binôme seront planifiés afin de suivre l'évolution et la cohérence du projet.