Résumé / Abstract

Résumé

    Depuis l'Antiquité, les fleuves, rivières et chutes d'eau sont utilisés comme source d'énergie. Longtemps, l'énergie hydraulique était exploitée grâce aux moulins à eau pour moudre du grain. Avec la naissance de la production industrielle d'électricité, les courants ont permis d'actionner des turbines afin de produire de l'électricité dans des centrales hydroélectriques.

    L'hydroélectricité est la première source d'énergie renouvelable au monde. Bien que son exploitation présente certains inconvénients, notamment en terme de continuité écologique, de nombreuses installations ichtyocompatibles ainsi que des aménagements conservant la dynamique fluviale sont désormais concevables.

    Bien que l'activité meunière ait pratiquement cessé en France, les moulins à eau restent un patrimoine cher au cœur de la vie des hommes. De nombreux propriétaires s'interrogent sur la possibilité de les exploiter de nouveau. C'est dans ce cadre que s'inscrit notre travail.

    Le présent projet vise l'étude de faisabilité de la réhabilitation d'un moulin en petite centrale hydroélectrique. Le site étudié, le moulin Priaud situé sur la Vouzance, petite rivière dans l'Allier, présente des installations fonctionnelles. Cependant, dans une optique de production autonome d'électricité, celles-ci doivent être examinées en vue d'être optimisées. De plus, l'ouvrage étant soumis à un risque d'inondation, une quantification de ce risque fait également partie de notre expertise.

Pour répondre aux diverses problématiques, deux objectifs principaux sont fixés:

1. Identifier les solutions de réhabilitation du moulin.
2. Déterminer la rentabilité du projet.

    Dans le contexte actuel, les centrales hydroélectriques sont soumises à un cadre réglementaire très strict en matière d'exigences environnementales. Un premier volet du travail consiste à mener une étude d'impact afin d'évaluer les éventuelles mesures compensatoires ou réductrices à mettre en place.

    Par la suite, afin de mieux appréhender l'environnement au sein duquel le moulin est implanté, une étude hydrologique complète de son bassin versant a été conduite. Celle-ci a permis de caractériser le régime hydrologique normal de la Vouzance et ainsi l'énergie potentiellement productible, mais également d'extraire les débits de pointe de quelques crues caractéristiques.

    A l'aide de ces résultats, une modélisation du cours d'eau par HEC-RAS en conditions de crue a permis d'évaluer l'élévation de la surface libre dans la rivière, en particulier au niveau du seuil de dérivation et de la prise d'eau du moulin. Le débit maximum turbinable a ainsi été déterminé et le risque inondation quantifié.

    En plus de ces études théoriques et numériques, des observations, mesures et relevés sur le terrain ont été menées, le temps d'une campagne de trois jours sur site. Les résultats ont permis de bâtir le plan de réhabilitation technique du moulin, à savoir l'identification des installations fonctionnelles ainsi que le choix de moyens de remplacement ou d'optimisation des machines vétustes. Toutes les solutions envisagées ont été chiffrées puis comparées.

    L'ensemble des résultats ont finalement contribué à la réalisation de l'étude de rentabilité économique globale du projet. Celle-ci montre que la production du moulin pourrait être suffisante pour justifier les investissements nécessaires à son fonctionnement. De plus, le compte-rendu fourni étant relativement exhaustif, le propriétaire est libre de le conserver et de l'adapter en vue d'une réalisation future en fonction des financements auxquels il peut prétendre.

 

Abstract

    Since the Antiquity, rivers and waterfalls have been used as a source of energy. At that time, hydropower was employed in watermills to grind grains into flour. After the development of the industrial production of electricity, water movements have been used to drive turbines in order to produce electricity in hydroelectric power plants.

    Hydroelectricity is the main source of renewable energy in the world. Although there are drawbacks associated with its exploitation, particularly concerning ecological continuity, a large number of fish-friendly devices and constructions respecting river dynamics are now conceivable. Although milling activity has practically ended in France, water mills remain a major cultural heritage. Using them again is a crucial issue for many owners. That is precisely the framework of our study.

    The project aims at studying the feasibility of the rehabilitation of a mill into a small hydroelectric power plant. The actual mill, named the Priaud Mill, located on the Vouzance river, is still equipped with working facilities. However, they have to be inspected for a possible optimization, in order to ensure independent production of electricity. Furthermore, since the construction has been built in a flood-risk area, a flood-risk assessment constitutes a specific expertise.

In order to tackle these various problems, two main objectives should be satisfied:

1. Identifying all possible solutions to rehabilitate the mill.
2. Calculating the project's profitability.

    In the current context, environmental requirements impose a strict regulatory framework for the hydroelectric power plants. Firstly, an environmental impact assessment was undertaken to identify the countervailing measures that might be done.

    Then, in order to describe the environment surrounding the mill, a complete hydrological study of the Vouzance river catchment area was carried out. It provided a good characterization of the hydrological regime of the river and also gave the peak flows for major floods.

    Thanks to these results, the river was modeled with the HEC-RAS software and flood conditions were simulated. These numerical experiments supply the elevation of the free surface, particularly next to the weir and the water intake, which leads to the maximum turbine flow.

    Besides, a field visit was organised during which several measurements and observations were made. The outcomes provided useful tools to establish the technical rehabilitation plan of the mill. The facilities were first considered to be in good condition and then, several alternative techniques for the optimization of old machinery were evaluated. All the possibilities have been assessed and compared.

    All these results are taken into account in the global profitability study of the project. In the current context, it reveals that the production capacity of the mill could be adequate to justify investments necessary for its operation. Moreover, our structured report constitutes for the owner a good working base that he can adapt and reevaluate depending on the funds he could obtain.