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Les faibles hauteurs de chute trouvent leur turbine

Philippe Donnaes
- Ce modèle révolutionnaire permet de produire de l'électricité à partir de chutes comprises entre 1,4 et 2,8 m de hauteur jusqu'alors inexploitables.

«Tous les sites hydroélectriques exploitables sont déjà construits en Europe et dans les pays développés ; les seuls gisements disponibles se situent désormais en dessous des 2,8 m de chute brute », affirme Marc Leclerc, le gérant de la jeune société MJ2 Technologies.

Pourquoi alors se priver de cette mine de sites potentiels - petites rivières, canaux de navigation abandonnés, prises d'eau d'irrigation - susceptibles de renforcer notre indépendance énergétique et de fournir une énergie véritablement verte ? Tout simplement pour cause de non-rentabilité. « La mise en valeur des basses chutes, bien que techniquement réalisable, n'était pas jusqu'alors économiquement possible », explique Jacques Fonkenell, le concepteur de la VLH ou Very Low Head Turbo-Generator.

La tendance générale, depuis l'invention de la turbine Kaplan dans les années 1920, a en effet toujours été de réduire la taille des machines. L'objectif était de diminuer le poids des éléments et, par conséquent, le coût de l'équipement. Cette orientation des recherches a conduit à des machines très performantes, utilisant des roues de faible diamètre et caractérisées par des vitesses de rotation élevées. Résultat : la course vers la miniaturisation et la rapidité implique une augmentation exponentielle des vitesses de traversée de l'eau à travers la roue de la turbine. Pour ces raisons, une turbine classique réclame, dans le cas de très basses chutes (de 1,4 à 2,8 m de hauteur nette), une énorme infrastructure de génie civil en amont et en aval afin de minimiser les pertes de charge et, par conséquent, le rendement global. « À puissance constante, le volume de béton doit être multiplié par cinq tandis que le diamètre de la roue double, si la chute passe de 3 m à 1,5 m », illustre Marc Leclerc.

Faible vitesse et grand diamètre

Fort de cette constatation, MJ2 Technologies a donc décidé de raisonner en sens inverse, en adoptant une approche quelque peu provocatrice au plan technologique. Autrement dit développer une turbine de faible vitesse et de gros diamètre.

Aujourd'hui le pari est gagné, la première VLH entre en production sur le site pilote de l'ancien moulin de Troussy, à Millau (Aveyron). La machine de 4,5 m de diamètre, développée en collaboration avec les Canadiens (Département des ressources naturelles du Canada), l'Ademe, et le professeur Jean-Louis Kueny de l'INPG (Institut national polytechnique de Grenoble), permettra d'alimenter quelque 200 foyers (puissance de 410 kW) via le réseau EDF.

Dans la pratique, cette turbine révolutionnaire, développée selon des simulations CAO tridimensionnelles, est équipée d'un alternateur embarqué directement couplé à l'axe, la vitesse de rotation, variable en fonction de la chute disponible, étant inférieure à 40 tr/min. Point fort : l'utilisation d'aimants permanents. « Cette technique assez récente nous permet, pour une même fréquence, de diviser par deux le diamètre de la machine », précise Jacques Fonkenell. L'énergie basse fréquence (12 Hz dans le cas de Millau), produite par le générateur, est ensuite traitée par un étage d'électronique de puissance qui permet une adaptation aisée aux différents standards des réseaux électriques (50 ou 60 Hz).

Dernier avantage : la turbine est totalement autonome. Les pales orientables peuvent venir au contact l'une de l'autre, la machine n'ayant ainsi pas besoin de vannes pour contrôler son arrêt. « Les perspectives sont prometteuses, une première commande venant de nous être signifiée par la Shema [Société hydraulique d'études et de missions d'assistance, filiale d'EDF] tandis qu'un autre site devrait être prochainement équipé sur un canal alsacien », conclut Jacques Fonkenell.

EN BREF

Une turbine "ichtyophile" - La très faible vitesse d'écoulement de l'eau, inférieure à 2 m/s, couplée aux résultats de dépressions et de surpressions soudaines issues des études, permet d'espérer l'innocuité de la turbine vis-à-vis des poissons. La machine sera donc "ichtyophile", autrement dit compatible avec les migrations piscicoles vers l'aval.

PREMIÈRE INSTALLATION À MILLAU

- La première machine, de 4,5 m de diamètre, est installée sur le site pilote de l'ancien moulin de Troussy, à Millau (Aveyron). Elle alimentera 200 foyers via le réseau EDF. Son secret : une faible vitesse de rotation autorisée par son grand diamètre qui permet la valorisation des gisements hydrauliques de faibles hauteurs.

vous lisez un article d'Industries & Technologies N°0889

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