Introduction

Histoire

L'eau est une des premières sources d'énergie utilisées par l'Homme puisque les premiers moulins à eau remontent à l'Antiquité. A cette époque, ils servent principalement à moudre les céréales pour les transformer en farine. Un fort développement des moulins apparaît au Moyen-Âge grâce à la roue à aubes, permettant de travailler les métaux, fouler les tissus, préparer la pâte à papier...

Figure 1. Illustration d'artiste d'activité meunière au Moyen-Âge.

Source: http://www.masologne.org/Meuniers,187

 

L'âge d'or des moulins hydrauliques est le XIXème siècle, pendant lequel le développement des turbines permet une considérable augmentation des rendements. Elles permettent aussi d'exploiter des hauteurs de chute importantes, inaccessibles aux roues à aubes et ainsi d'augmenter les puissances disponibles. A cette époque, environ 100.000 moulins sont en fonctionnement.

Le XXème siècle marque le déclin des moulins hydrauliques, avec le développement du réseau électrique. La possibilité de transporter l'énergie à distance plutôt que de l'utiliser sur site diminue la compétitivité et l'activité de ces installations.

De nos jours, la surexploitation des énergies fossiles rend nécessaire l'utilisation d'énergies renouvelables. De plus, le changement climatique prêche en faveur de source d'énergies au faible pouvoir de réchauffement. Enfin, la délocalisation de la production d'énergie s'impose aussi peu à peu parmi les enjeux énergétiques. Ces problématiques donnent du crédit à la réhabilitation d'anciens moulins hydrauliques en petites centrales hydroélectriques.

 

Fonctionnement d'une petite centrale hydroélectrique

Le fonctionnement des moulins hydrauliques se base sur la force motrice de l'eau s'écoulant dans la rivière. L'écoulement transporte de l'énergie sous forme mécanique. L'objet de la centrale est de convertir cette énergie mécanique en énergie électrique. La puissance produite par l'installation dépend de deux paramètres : la hauteur de chute et le débit prélevé dans le cours d'eau.

 

1. Hauteur de chute

Trois types d'aménagements hydrauliques sont définis par l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'énergie (ADEME) :

Les hauteurs de chute des moulins hydrauliques sont souvent faibles, et ces derniers constituent ainsi des installations de basse chute.

Pour ce type d'aménagement, deux modes de fonctionnement existent :

Les moulins hydrauliques n'ont pas vocation à stocker de l'eau mais à l'utiliser en continu, ils ont ainsi un fonctionnement au fil de l'eau.

 

2. Puissance

Une Petite Centrale Hydroélectrique (PCH) est une installation de production hydroélectrique d'une puissance inférieure à 10 MW. L'UNion Internationale des Producteurs Et Distributeurs d'Energie électrique (UNIPEDE) classe les PCH suivant leur puissance :

La figure 2 présente le fonctionnement général d'un aménagement de ce type.

 

Figure 2. Schéma général du fonctionnement d'une centrale hydroélectrique. source: www.tenergie.fr

 

Le cours d'eau de la rivière est en partie dévié à l'aide d'un barrage ou d'un seuil. Un seuil est défini par l'Organisme National de l'Eau et des Milieux Aquatiques (ONEMA) comme étant un un ouvrage fixe ou mobile qui barre tout ou une partie du lit mineur, contrairement au barrage, définit comme barrant plus que le lit mineur. Le débit passant au dessus du seuil reste dans le corus d'eau naturel de la rivière, appelé tronçon court-circuité. Cette part du débit totale n'est donc pas turbinée, et doit respecter une valeur légale minimale appelée débit réservé.

Une partie du cours d'eau est donc aussi dérivée en amont du seuil dans le canal de dérivation pour être acheminée jusqu'au moulin où l'eau est turbinée. Le débit turbiné se déverse dans le canal de fuite, qui rejoint la rivière en aval du seuil. On peut également trouver sur de tels aménagements des ouvrages permettant la migration des poissons, participant ainsi à la continuité écologique du cours d'eau.

Dans le moulin, différents organes sont nécessaires à la production électrique. La figure 3 présente les organes principaux nécessaires à cette production :

Figure 3. Schématisation des principaux organes de production d'électricité. source: www.zenit.fr

 

La turbine, entraînée par le flux d'eau en entrée du moulin, transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Cette énergie mécanique transmise par l'arbre de la turbine entraîne l'alternateur qui produit l'électricité. L'électricité ainsi produite sera acheminée aux jusqu'aux consommateurs à l'aide du réseau d'Electricité De France (EDF).