Introduction

Dans le cadre de la troisième année d'études d'ingénieur, les écoles de l'Institut National Polytechnique de Toulouse (INP) réalisent un projet : le "Bureau d'Études Industrielles" (BEI). Les deux filières "Sciences de l'Eau et de l'Environnement" et "Génie de l'Environnement" mettent en commun leurs compétences afin de définir et réaliser un projet. Ce projet complet qui clôture les études favorise l'autonomie et le travail en équipe. Outre la démarche ingénieur, ce projet permet aux étudiants d'acquérir des compétences générales de gestion de projet.

Dans le cadre de ce BEI, notre équipe a réalisé une étude concernant la réhabilitation d'une ancienne marbrerie  en usine hydroélectrique. Cette section présente de manière détaillée le contexte de ce projet.

 

Présentation de l'équipe

Dans le cadre de ce projet, nous avons été amenés à former un groupe de travail composé de huit étudiants issus de diverses formations de l'INP Toulouse regroupant les écoles ENSAT, ENSIACET et ENSEEIHT. Ce groupe de travail réunit :

  • Vita Ayoub

ENSAT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Génie de l'Environnement,
vita.ayoub@etu.ensat.fr

  • Alice Boizard

ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
alice.boizard@etu.enseeiht.fr

  • Clément Coutey

ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
clement.coutey@etu.enseeiht.fr

  • Matthieu Gaffier

ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
matthieu.gaffier@etu.enseeiht.fr

  • Killian Leheu

ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
killian.leheu@etu.enseeiht.fr

  • Jorge Navarro Docampo

Érasmus - ENSEEIHT,
Option Génie de l'Environnement,
jorge.navarrodocampo@etu.enseeiht.fr

  • Francisco Rodriguez Tejero

Érasmus - ENSEEIHT,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
francisco.rodrigueztejero@etu.enseeiht.fr

  • Laura Rouhier

ENSEEIHT - Hydraulique et Mécanique des Fluides,
Option Sciences de l'Eau et de l'Environnement,
laura.rouhier@etu.enseeiht.fr

 

 

Contexte général

Contexte historique

L'utilisation de l'eau des cours d'eau visant à produire de l'électricité est aujourd'hui surveillée de près par les autorités françaises. En effet, bien qu'il s'agisse d'une source d'énergie renouvelable, l'utilisation de la force hydraulique engendre, de par ses installations, de forts impacts sur les cours d'eau et plus particulièrement sur les milieux aquatiques. Ainsi, des pressions environnementales relatives à la préservation du paysage et à la continuité écologique ont conduit à la forte décélération du développement du patrimoine hydroélectrique français. Toutefois, il existe encore aujourd'hui des droits particuliers et perpétuels d'usage de l'eau appelés droits fondés en titre datant de l'époque féodale. A cette période, les droits attachés à un ouvrage hydraulique pouvaient être délivrés par les seigneurs à une personne privée. Malgré l'abolition de la féodalité lors de la Révolution française de 1789, de nouveaux droits fondés en titre ont été attribués à des moulins ou usines jusqu'à 1919. A cette date, une loi relative à l'utilisation de l'énergie hydraulique a été promulguée, il s'agit de la loi du 16 octobre 1919. Celle-ci met fin à la possibilité de dispenser de nouveaux droits fondés en titre mais assure que tout aménagement d'une production inférieure à 150 kW construit avant 1919 est automatiquement autorisé à être réhabilité, sans limitation de durée en ce qui concerne les moulins et usines. [1] et [2]

Ainsi, de nombreuses micro-centrales hydroélectriques jouissent aujourd'hui de ce statut de droit fondé en titre qui leur permet de s'affranchir de toute procédure d'autorisation ou de renouvellement bien qu'elles soient soumises aux législations actuelles de la police de l'eau et doivent donc faire l'objet d'un arrêté préfectoral.

Description d'une micro-centrale hydroélectrique

L'Union Internationale des Producteurs et Distributeurs d'Énergie Électrique a établi une classification des centrales hydroélectriques selon leur puissance. Ainsi, les installations de production énergétique d'une puissance inférieure à 10 000 kW sont appelée "petites centrales hydroélectriques" ou PCH. Ce sont des centrales électriques utilisant l'énergie hydraulique pour produire de l'électricité à petite échelle qui peut être utilisée pour alimenter des sites isolés ou revendue à un réseau public de distribution. Parmi ces PCH, on distingue encore les petites centrales, les mini-centrales, les micro-centrales et les pico-centrales.

Les micro-centrales hydroélectriques peuvent produire entre 20 et 500 kilowatts. Leur puissance installée est fonction du débit d'eau turbiné et de la hauteur de chute. Dans le cas d'une centrale de basse chute, on parle de centrale au fil de l'eau où le débit est primordial par rapport à la hauteur de chute. La schématisation d'une telle centrale est présentée sur la figure ci-dessous.

- Description d'une centrale au fil de l'eau -

[source  [3] ]

Une centrale au fil de l'eau est composée de plusieurs éléments. Le cours d'eau est en partie dévié via une prise d'eau puis un canal d'amenée. La masse d'eau déviée entre alors dans la turbine. Celle-ci se situe dans la centrale, où l'on trouve notamment l'alternateur et l'armoire électrique. Le prélèvement d'une partie du débit vers la centrale est possible notamment grâce à un barrage de prise ou encore seuil permettant de constituer une petite retenue d'eau. La partie de l'eau non déviée s'écoule dans le tronçon court-circuité.

 

Contexte réglementaire en France

En France, l'eau est aujourd'hui gérée à l'aide de Schémas Directeurs d'Aménagements et de Gestion des Eaux (S.D.A.G.E.). Ces plans de gestion, institués par la loi sur l'eau datant du 3 janvier 1992 conforme à la Directive Cadre européenne sur l'Eau, fixent l'orientation et le cadre juridique de la gestion de la ressource en eau pour chaque bassin versant. Ainsi, toute installation hydroélectrique devra être en accord avec le SDAGE du bassin versant. Enfin, un dernier degré de planification est présent à l'échelle locale sous la forme d'un Schéma d'Aménagements et de Gestion des Eaux (S.A.G.E.). L'organisation entre ces différents échelons législatifs est présentée sur la figure ci-dessous.

 

- Législation sur l'eau -

Les aménagements devront également se soumettre au Code de l'Environnement. Celui-ci impose notamment de garantir dans le tronçon court-circuité un débit minimal appelé débit réservé. Il a pour objectif de garantir la vie, la migration et la reproduction des espèces présentes dans cette partie du cours d'eau.

Ainsi, tout aménagement hydroélectrique devra être adapté aux réglementations en vigueur définies dans le S.A.G.E. et le Code de l'Environnement.

 

 

 

Contexte du projet

Contexte géographique

Intéressés par les problématiques de l'eau, de l'environnement et des énergies renouvelables, notre groupe a souhaité réaliser un projet d'implantation d'une micro-centrale hydroélectrique sur un cours d'eau dans les environs de Toulouse.

L'aménagement du Pont de la Taule appartenant au particulier M. Bonnet s'est trouvé parfaitement adapté à notre projet.

- Situation de l'aménagement du Pont de la Taule en France -

[source : geoportail ]

En effet, l'aménagement situé dans le département de l'Ariège, sur le cours d'eau du Salat au sud de la commune de Seix est proche de la région toulousaine. Nous avons donc pu nous rendre sur le site afin d'en observer les particularités mais également afin de discuter avec le propriétaire de ses souhaits concernant la réhabilitation.

 

L'aménagement du Pont de la Taule

L'aménagement du Pont de la Taule est une ancienne usine à marbre, qui à l'aide de la force motrice de l'eau et d'un moulin permettait de scier les blocs de marbre. Cet aménagement est aujourd'hui à l'abandon, cependant, le propriétaire souhaite le remettre en état afin d'installer une micro-centrale hydroélectrique pour produire de l'électricité mais principalement afin d'éviter l'abandon du site et perdre par conséquent son droit d'eau.

- Aménagement du Pont de la Taule vu du ciel -
[source : géoportail]

La hauteur de chute et la production étant faible, le site se place dans le cas des petites centrales hydroélectriques de basse chute ou encore "au fil de l'eau".

 

Le contexte réglementaire de l'aménagement du Pont de la Taule

  1. Les dimensions et les conditions d'exploitation

La propriété est définie par un droit fondé en titre datant de 1883. Le propriétaire possède donc la totalité du site : le seuil, les ruines des bâtiments de l'usine et la rive droite qui comprend le canal d'amenée et le canal de fuite. Ces aménagements à rénover doivent conserver les dimensions initiales afin de conserver le droit fondé en titre.

Dans le cadre de son projet, le propriétaire dispose d'un arrêté préfectoral en date du 15 Janvier 2015 qui reconnaît le droit fondé en titre de l'ancien moulin et les conditions pour disposer de l'énergie hydraulique du Salat. Le but du propriétaire est donc de réhabiliter l'ancien aménagement pour pouvoir produire de l'énergie de type hydraulique tout en respectant les conditions fixées par le dernier arrêté préfectoral. Celui-ci fixe les conditions suivantes :

  • débit d'exploitation : $1,2m³/s$,
  • hauteur de chute : $2,86m$,
  • puissance maximale brute : $33kW$,
  • longueur du barrage : $24,0m$,
  • hauteur du barrage : $0,67m$,
  • 2 vannes de prise d'eau de dimensions 0,90 m de large x 0,97 m de haut et 0,84 m de large x 0,86 m de haut,
  • vanne de décharge de dimensions 0,92 m X 0,92 m.

Le débit d'exploitation résulte du calcul suivant où la vitesse de l'écoulement est considéré comme égal à 1m/s :

$ Q_{Max~Turbinable} = (S_{Vanne~1}+S_{Vanne~2})*H_{Seuil}*V $

$ Q_{Max~Turbinable} = ( 0,90 m + 0,84 m) * 0,67m * 1m/s = 1,2 m^3/s $

D'autre part, il s'agit d'une micro-centrale puisque la puissance maximale brute est comprise entre 20 et 500kW.

 

   2.  Les contraintes liées au Salat

Il est à noter que la rivière du Salat est de classe II. Par conséquent, cet aménagement devra, conformément aux directives françaises, assurer la continuité écologique ainsi que la continuité sédimentaire. Ceci sera explicité lors des études de continuité écologique et sédimentaire.

Par ailleurs, comme évoqué dans le contexte général, un débit réservé est à restituer dans le bras court-circuité du Salat. Ce débit sera déterminé lors de l'étude hydrologique.

 

Trois contraintes seront donc à respecter lors des phases du projet de réhabilitation, à savoir le respect des conditions fixées dans l'arrêté, le maintien de la continuité écologique et sédimentaire et la restitution du débit réservé.