Étude économique

L'étude économique constitue un enjeu primordial pour le propriétaire. En effet, cela doit lui permettre de prendre une décision quant à la réhabilitation ou non de son aménagement vis-à-vis de la rentabilité de ce dernier.

Pour cela, il est tout d'abord important de quantifier les coûts initiaux mais également ceux sur le long terme, à savoir les coûts de maintenance et d'exploitation. Ensuite, il faut estimer les bénéfices que pourra tirer le propriétaire de la revente de son électricité à EDF. Tout cela permettra alors d'évaluer la rentabilité et par conséquent le temps de retour sur investissement.

Coûts d'investissement et de maintenance

La réfection de l'aménagement du Pont de la Taule nécessite, comme toute création de micro-centrale hydroélectrique, des investissements initiaux et à long terme importants. Ils seront listés et explicités dans cette partie.

Coûts d'investissement

Les nouveaux équipements à mettre en place afin de faire fonctionner l'aménagement ont tout d'abord été listés. Pour cela, nous nous sommes basés sur les études de chacun des binômes qui ont permis de regrouper dans le tableau ci-dessous les équipements et les travaux à réaliser. Des entreprises et des bureaux d'études ont ensuite été contactés afin d'avoir des estimations de prix pour tous ces équipements et travaux.

- Tableau des coûts initiaux -

Deux scénarios ont été envisagés quant au choix de la turbine. Un premier pour lequel les coûts sont calculés en installant une turbine Banki-Mitchell et en créant une passe à poissons à ralentisseurs et un prébarrage. Et un second pour lequel l'implantation d'une vis hydrodynamique permet de s'affranchir de la passe à poissons de type prébarrage servant à la dévalaison de la truite fario.

En ce qui concerne le vannage, l'aménagement aura besoin de 4 vannes d'une valeur unitaire de 1000 €, à savoir une vanne de tête, une vanne de pied, une vanne de décharge et une vanne assurant la continuité sédimentaire.

Concernant le raccordement au réseau, le prix a fait l'objet d'un devis par ERDF.  Il comprend le multiplicateur de vitesse, l'armoire électrique, le dispositif de comptage pour la vente de la production d'électricité, les câbles de raccordement au réseau EDF et les dispositifs de sécurité.

Enfin, le génie civil regroupe les travaux de fermeture du canal d'amenée, de remise en état du seuil et la construction du bâtiment pour les installations électriques.

Le coût d'investissement initial total, comprenant les équipements et les travaux, basé sur nos recherches est donc de 70 226 € pour le premier scénario et 91 886€ pour le second. Ce prix, bien qu'élevé, correspond à l'ordre de prix pour un aménagement hydroélectrique. Cependant, il ne faut pas oublier que ces coûts ne sont qu'une estimation puisque les ouvrages feront l'objet d'un appel d'offre et dépendront donc des offres faites par les différentes sociétés.

 

Coûts de maintenance et d'exploitation

Les coûts à long terme regroupent deux types de coûts : le coût de maintenance et le coût d'exploitation de la micro-centrale hydroélectrique. Ils ont été estimés afin de calculer les charges annuelles. Ces coûts comprennent notamment les coûts de curage du canal d'amenée, de nettoyage de la grille à la prise d'eau, de nettoyage des passes à poissons, les frais liés à l'électrification du bâtiment pour le fonctionnement de l'armoire électrique...

Il faut ensuite rajouter à cela les coûts d'assurance de l'aménagement d'une valeur de 1100 € environ. Cette valeur a été fournie par une compagnie d'assurance spécialisée en entreprises, micro-centrales et installations d'énergies renouvelables. Elle résulte de la somme de quatre primes :

  1. la garantie bris de machines,
  2. la garantie multirisque (incendie, vol...),
  3. la garantie perte d'exploitation après toutes garanties,
  4. la garantie Responsabilité Civile Exploitation.

Une estimation de tous ces frais est listée dans le tableau ci-dessous.

- Tableau des coûts de maintenance et d'exploitation -

Les coûts de maintenance et d'exploitation annuels sont donc de 6100 €. Il seront à déduire du chiffre d'affaire en tant que charge dans le calcul du flux net de trésorerie.

Bénéfices

La vente de l'électricité produite à EDF va permettre au propriétaire de faire du bénéfice. Pour cela, il devra conclure conformément à l'article L.314 du code de l'énergie [6.1] un contrat appelé "Obligation d'achat".

Les tarifs de rachat d'électricité

Le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de l'Énergie a alors défini les conditions de rémunération concernant l'énergie hydraulique dans un arrêté datant du 01/03/2007 [6.2]. Celui-ci fixe la durée du contrat de rachat d'électricité à 20 ans et propose de choisir parmi quatre options tarifaires pour toute la durée de ce contrat. Ces quatre alternatives diffèrent de par leur nombre de composantes. Ainsi, le tarif pourra être constant tout au long de l'année ou varier selon la saison ou le moment de la journée. Les différents montants sont regroupés dans le tableau ci-dessous.

- Tarifs de rachat d'électricité par EDF -

[source : [6.2] ]

Dans ce contexte, l'hiver tarifaire est compris entre le 1er novembre et le 31 mars tandis que l'été tarifaire est compris entre le 1er avril et le 30 octobre. D'autre part, sont considérées comme heures creuses les plages horaires du lundi au samedi entre 22h et 6h et le dimanche toute la journée. Enfin, les heures de pointes comprennent 2 heures le matin et 2 heures le soir de décembre à février inclus du lundi au samedi.

Il sera ainsi intéressant de comparer les bénéfices obtenus selon la formule de rachat choisie parmi les quatre alternatives.

 

L'énergie produite

          La puissance fournie $P_{fournie}$

Afin de déterminer l'énergie produite, il est nécessaire d'estimer la puissance fournie par l'installation. Or, la puissance fournie représente une fraction de la puissance installée, à savoir le produit de la puissance installée et du rendement global de l'installation.

L'étude mécanique et électrique a fourni les rendements suivants.

- Rendements des différents organes et de l'installation -

La puissance fournie est ensuite calculée comme $P_{fournie}=\rho_{eau} \times g \times Q_{turbiné} \times H_{chute} \times \eta_{global}$

où $\rho_{eau}$=1000 $kg/m^3$, $g$=9.81$m/s^{-2}$, $H_{chute}$=2.86m.

 

          Le temps de fonctionnement $T_{fonctionnement}$

Pour pouvoir déterminer l'énergie produite, il faut à présent connaître le nombre de jours de fonctionnement de la turbine par mois. L'arrêt de cette dernière se produit dans trois cas :

lorsque le débit de la rivière est inférieur au débit réservé, à savoir $Q_{réservé}=0.89m^3/s$, puisque le débit réservé ne serait alors plus restitué,

lorsque le débit de la rivière est supérieur au débit critique avant débordement du lit mineur, encore appelé débit de plein bord, à savoir $Q_{plein\_bord}$=$58.5m^3/s$ d'après l'étude hydrologique, par souci de sécurité et car la chute devient alors trop faible,

lorsque la turbine ou l'un des équipements de l'installation électrique est en panne ou en maintenance.

Remarque : Le débit minimum turbinable est de $0.24 m^3/s$ d'après l'étude mécanique. Il est inférieur au débit réservé, la turbine sera alors à l'arrêt avant d'atteindre le débit minimum turbinable. 

Le plus faible débit journalier observé depuis 1920 est de $2.30m^3/s$ ce qui est supérieur à la somme du débit maximum turbinable $Q_{turbinable}=1.2m^3/s$ et du débit réservé. Les 1.2$m^3/s$ seront, par conséquent, turbinés en permanence. Par ailleurs, sur l'ensemble des chroniques annuelles disponibles non moyennées de débits journaliers, le débit de plein bord a été dépassé environ 1 jour par an en décembre. En outre, le temps d'indisponibilité dû aux pannes et maintenances est généralement estimé à 3% de l'année soit environ 1 jour par mois.

Finalement, pour notre étude économique, on considèrera que la turbine est arrêtée 48 heures durant le mois de décembre, 24 heures tous les autres mois et que le débit turbiné est constant et égal à 1.2$m^3/s$ le reste de l'année.

 

          Le calcul de l'énergie produite $E_{produite}$

Enfin, il est possible de calculer l'énergie produite par mois grâce à la formule $E_{produite}=P_{produite} \times T_{fonctionnement}$. Les résultats sont regroupés dans le tableau suivant où "Banki" et "Vis" font respectivement référence au choix de la turbine Banki-Mitchell et de la vis hydrodynamique.

- Calcul de l'énergie produite par mois -

Comme attendu, la production d'énergie par mois dans le cas de la vis hydrodynamique est supérieure à celle obtenue avec la turbine Banki-Mitchell puisque le rendement de cette dernière est plus faible. Toutefois, dans la mesure où le débit turbiné correspond au débit maximum turbinable fixé par l'arrêté préfectoral de 2015, le débit turbiné est identique quel que soit le choix de turbine.

Par conséquent, l'écart de production entre les deux scénarios reste relativement faible.

 

Les bénéfices retirés

Les bénéfices ont ensuite été calculés à partir de l'énergie produite et des prix de rachat pour les tarifs à 1 et 2 composantes. En ce qui concerne le tarif à 4 composantes, il a fallu partir de la puissance moyenne mensuelle et calculer le nombre d'heures creuses et d'heures pleines en fonctionnement pour chaque mois de l'année. Le tarif à 5 composantes n'a, quant à lui, pas été étudié car les heures de pointe sont fixées par le gestionnaire de réseau de distribution EDF de manière locale et cette information n'a pas pas pu être récupérée. L'estimation des gains est présentée dans le tableau suivant pour les deux scénarios : turbine Banki-Mitchell et vis hydrodynamique.

 

- Bénéfices obtenus grâce à la vente de l'électricité -

 

Quel que soit le choix de turbine, la tarif à 1 composante est préférable pour cet aménagement dans la mesure où le bénéfice est légèrement plus élevé que pour les deux autres tarifs. D'autre part, la vis hydrodynamique est à première vue plus avantageuse car elle permet grâce à son rendement de dégager plus de bénéfice. Néanmoins, le coût d'achat et d'installation lié à cette turbine peut peut-être compenser cela. Une étude de rentabilité est alors nécessaire.

Rentabilité

L'étude de rentabilité a été réalisée en prenant en compte deux scénarios. Le premier correspondant à l'implantation d'une turbine Banki-Mitchell et à la mise en place de deux passes à poissons et le second en installant une vis hydrodynamique. La seconde option étant ichtyocompatible, il n'est pas nécessaire de prévoir un prébarrage permettant la dévalaison des poissons car ceux-ci pourront dévaler via la vis hydrodynamique.

La rentabilité économique a été étudiée sur une durée de 31 ans en utilisant la méthode de la Valeur Actuelle Nette ou VAN afin de déterminer le Temps de Retour sur Investissement. 

 

La méthode de la Valeur Actuelle Nette

Cette méthode permet de prendre en compte le fait que la valeur d'un euro aujourd'hui est plus grande que la valeur d'un euro demain. En effet, l'inflation qui correspond à la perte du pouvoir d'achat par une augmentation des prix est prise en compte en calculant la Valeur Actuelle Nette (V.A.N.). Cette VAN s'exprime de la manière suivante:

 $ VAN={{\sum_{k=0}^{k=30}} \frac{{FNT}_k}{{(1+i)}^k}}  - Investissement ~initial$

où k représente l'année, i le taux d'actualisation que nous avons fixé égal à 6 et qui comprend le taux d'inflation et le taux de l'emprunt et enfin $ FNT_{k} $ qui correspond au flux net de trésorerie de l'année k explicité ci-après.

Le flux net de trésorerie correspond à la différence entre les recettes et les dépenses, il faut néanmoins faire apparaître plusieurs indicateurs pour pouvoir calculer ce flux. L'excédent brut d'exploitation, encore appelé E.B.E. est le solde entre les produits d'exploitation et les charges liées à cette exploitation soit :

$Excédent~Brut~d'exploitation ~(EBE) = Chiffre~d'affaire - Charges$

A partir de cet E.B.E., on déduit la valeur du résultat d'exploitation en déduisant la dotation aux amortissements soit :

$Résultat~d'exploitation = EBE - Dotation~aux~Amortissements$

Ensuite, le résultat courant avant impôt (R.C.A.I.) est calculé en soustrayant les frais financiers qui correspondent aux intérêts du prêt bancaire contracté.

$Résultat~courant~avant~impôt ~(RCAI) = Résultat~d'exploitation - Frais~financiers$

Le résultat net correspond au résultat courant après impôt soir :

$Résultat~net~ (RN) = RCAI - Impôt$

La capacité d'autofinancement désigne l'ensemble des ressources dégagées par une entreprise grâce à son activité et qui permettent d'assurer son financement. Il est calculé comme suit :

$Capacité~d'autofinancement ~(CAF) = RN + Dotation~aux~Amortissements$

Enfin, le flux net de trésorerie est défini par l'expression suivante où le capital d'emprunt fait référence au remboursement principal du prêt contracté

$FNT = CAF - Remboursement~Capital~d'emprunt$

Finalement, on peut écrire le flux net de trésorerie de la manière suivante pour une année donnée:

$FNT = Chiffre~d'affaire - Charges - Frais~Financiers - Impôt - Remboursement~Capital$

où les frais financiers et le remboursement du capital représentent respectivement le remboursement de l'intérêt du prêt et du capital d'emprunt pour l'année en cours. Nous avons émis l'hypothèse d'un prêt à 5% réalisé sur 15 ans. De plus, notre aménagement produisant une puissance inférieure à 100 kW il n'est pas soumis à imposition, le résultat net et le résultat courant avant impôt seront donc identiques.

Le projet sera alors rentable pour le propriétaire lorsque la VAN deviendra positive.

 

Rentabilité de notre aménagement

La VAN a ainsi été représentée en fonction du nombre d'année dans chacun des deux cas étudiés. Les résultats obtenus sont tracés ci-dessous.

- Valeur Actuelle Nette sur 31 ans pour le scénario avec la turbine Banki-Mitchell -

- Valeur Actuelle Nette sur 31 ans pour le scénario avec la vis hydrodynamique -

Après 30 ans, la VAN est plus importante lorsque la turbine Banki-Mitchell est envisagée. En effet, elle est de 38 312€ dans ce cas contre 8 241€ dans l'autre cas. Ceci semble cohérent dans la mesure où l'investissement initial est plus conséquent dans le cadre de la vis hydrodynamique et où les bénéfices retirés sont quasi identiques quel que soit le scénario.

Par ailleurs, on observe lors de la 20ème année une diminution de la VAN dans les deux cas. Cela résulte de la nécessité de ré-investir dans l'aménagement lors du renouvellement du contrat d'une durée de 20 ans signé avec EDF. Ce nouvel investissement est obligatoire pour toute les centrales hydroélectriques et est à hauteur de 550€/kW soit 18 150€ pour l'aménagement du Pont de la Taule.

En conclusion, le scénario prévoyant une turbine Banki-Mitchell et deux passes à poissons est plus rentable que celui envisageant la vis hydrodynamique. Il sera donc conseiller de privilégier le premier scénario.

 

Temps de Retour sur Investissement (TRI)

Le temps de retour sur investissement est un estimateur temporel contrairement à la VAN qui correspond à un bilan financier d'une année donnée. Il permet de déterminer au bout de combien de temps l'investissement deviendra rentable mais ne donne pas de chiffres quant au résultat de chaque année contrairement à la VAN.

Le TRI correspond au cas où la Valeur Actuelle Nette s'annule, cas où l'investissement est rentabilisé, il est donc calculé à partir de la formule suivante:

$\sum_{k=0}^{k=30} \frac{FNT_k}{(1+i)^k} = Investissement ~ initial$

Le but étant de déterminer la valeur de k (nombre d'années) satisfaisant cette égalité.

Pour l'aménagement du Pont de la Taule, le temps de retour sur investissement calculé est donc de 14 ans pour le premier scénario et 28 ans pour le second. En général, le temps de retour sur investissement pour des aménagements de types micro-centrales hydroélectriques est estimé entre 5 et 20 ans. Ainsi,le choix le plus judicieux semble être celui de la turbine Banki-Mitchell et de deux passes à poissons.

 

Incertitude

Enfin, une analyse relative à la rentabilité calculée a été menée afin d'en estimer l'incertitude. Dans le cadre de notre projet, les incertitudes sont les suivantes:

  • coûts initiaux variables d'une entreprise à une autre,
  • coûts à long terme (notamment les coûts de maintenance),
  • variation du débit,
  • taux d'actualisation dépendant du taux d'inflation et donc très aléatoire.

Nous nous sommes concentrés sur les fluctuations liées aux coûts auxquelles nous avons imposé une incertitude allant de 5 à 20% selon la variabilité des prix. En outre, le taux d'actualisation a été porté à 5 ou 7% au lieu de 6%. Les résultats obtenus dans les cas extrêmes (minimums et maximums) sont recensés dans le tableau ci-dessous.

- Incertitude de l'étude -

La "meilleure configuration" correspond au cas où le taux d'inflation et tous les coûts ont été revus à la baisse et la "pire configuration" correspond au cas contraire. En prenant en compte ces incertitudes, on remarque que la meilleure configuration permet de diminuer le temps de retour sur investissement de 3 ans pour le premier cas et de 11 ans pour le deuxième. Cette différence importante provient de la différence de coût d'achat entre la vis hydrodynamique et la turbine Banki-Mitchell qui induit un coût d'incertitude plus important pour le cas de la vis hydrodynamique. Le temps de retour sur investissement pour la pire configuration dans le cas de l'installation d'une vis hydrodynamique est, quant à lui, supérieur à 31 ans.

 

NB : Le fichier Excel contenant l'ensemble des macros permettant le calcul de la rentabilité dans les différents cas peut être récupéré en cliquant sur le lien suivant : Rentabilité. Afin que les macros fonctionnent, il doit être ouvert avec une version d'Excel 2007 au minimum.

 

La réhabilitation de l'aménagement du Pont de la Taule est donc un projet envisageable en installant une turbine Banki-Mitchell car rentable au bout de 14 ans environ. Le scénario envisageant la vis hydrodynamique a, quant à lui, été écarté lors de l'étude de rentabilité dans la mesure où le temps de retour sur investissement est de 28 ans, ce qui semble un peu trop important dans le cas d'un projet porté par un particulier.