La Vis d’Archimède, une solution hydroélectrique rentable qui respecte la continuité écologique des cours d’eau.

Depuis la mise en ligne du projet « Le Moulin de Courteron » sur la plateforme Lumo, vous avez été nombreux à nous poser des questions sur la technologie employée pour produire l’électricité à partir de la chute d’eau (les vis d’Archimède), qui n’est pas encore très répandue en France.

Nous avons eu la chance de rencontrer tout récemment Vincent GARY, ingénieur à l’Ecole Centrale de Nantes et par ailleurs apprenti au sein de l’entreprise Verchéenne, qui a installé une des premières centrale à vis d’Archimède à Heudreville-sur-Eure (27) en 2013.

Vincent nous explique dans un premier temps comment fonctionnent les centrales à vis d’Archimède et dans quel cas cette technologie peut-être retenue, puis il nous raconte son entretien avec M. d’Orglandes propriétaire-exploitant de l’installation d’Heudreville-sur-Eure.

Les objectifs des micros centrales hydroélectriques

Les petites centrales au fil de l’eau produisent une énergie abondante et de qualité. Elles apportent des revenus stables à ses propriétaires et exploitants. Elles peuvent permettre à des communes rurales de développer des activités économiques, générant des emplois locaux.

Issu du cycle de l’eau, l’énergie hydraulique est renouvelable, l’eau traverse la vis ou la turbine et est restituée entièrement à la rivière, sans pollution. Elle ne génère ni gaz à effet de serre, ni gaz polluant, ni déchet.

Leur fonctionnement

Une centrale hydroélectrique au fil de l’eau est composée d’ouvrages de prises d’eau (chaussée ou barrage), d’un canal d’amené, d’équipement de production d’énergie (vis ou turbine, générateur, système de régulation, transformateur) et d’un canal de fuite.

Schéma reproduit avec l’autorisation d’Elleo – cf. http://www.elleo.fr/fr/elleo-la-centrale/elements.html

Le principe de fonctionnement et périmètre d’installation des vis d’Archimède

Une vis hydrodynamique est constituée d’une vis tournant à l’intérieur d’une auge ouverte et fixe. L’énergie potentielle de l’eau qui s’écoule à travers l’installation est transformée en énergie mécanique grâce à la rotation de la vis. Cette énergie mécanique est ensuite transformée en électricité à l’aide d’une génératrice.

Les turbines à vis d'Archimède s’adaptent aux hauteurs de chutes comprises entre 1,5 et 4 mètres et pour les rivières de débit supérieur à 10 m3/s. Cette technologie convient particulièrement aux fortes variations du débit.

Avantages de la vis d’Archimède

•      Prix d’achat de la turbine nettement plus bas que les turbines dites « traditionnelles »,
•      Faibles coûts de génie civil,
•      Conception simple, maintenance aisée, faible coût d’exploitation ;
•      Longue durée de vie,
•      Possibilité d’intégration dans un barrage,
•       Pas besoin de grille fine, peu de perte de charges et impact minimal sur l’environnement aquatique (les poissons peuvent passer au travers sans aucun dommage),
•      Possibilité d’exploiter de faibles chutes avec de hauts rendements,
•      Fiabilité en cas de faible débit (rendement de 75 % à partir d’un débit de 20 %),
•      Accès faciles aux équipements de production,
•      Oxygénation de l’eau contribuant à l’amélioration de la qualité des cours d’eau.

Retour d’expérience sur un projet pilote français réalisé à Heudreville-sur-Eure (27)

Avec ses deux vis hydrodynamiques et une chute d’eau de 2 mètres de haut, cette centrale produit annuellement près d’1,5 GWh d’électricité soit l’équivalent de la consommation de 450 foyers. Son fonctionnement et son innocuité pour l’environnement sont suivis de près par ses investigateurs mais également par de nombreux propriétaires publics ou privés de petits barrages. Depuis sa mise en service début janvier 2014, ce projet précurseur suscite l’intérêt général et fait des petits un peu partout en France. Revenons plus en détails sur ce projet avec quatre questions à Monsieur Roger d’Orglandes, propriétaire de la centrale d’Heudreville-sur-Eure et Dirigeant de la société ALISMA, société dédiée au développement et à l’exploitation de centrales hydroélectriques à vis d’Archimède.

M. d’Orglandes, comment l’idée de développer la technologie des vis d’Archimède vous est-elle apparue ?

En 1980, nous avons installé une génératrice sur la roue de notre moulin. L’électricité produite (20kW) était alors uniquement utilisée pour le chauffage. Nous n’avions aucune contrainte technique liée au fonctionnement de moteurs ni à une livraison extérieure.

En 2004, nous avons fait faire une étude technique et économique par le bureau d’études Jacquel & Chatillon sur la possibilité d’installer des turbines classiques type Kaplan. Les résultats ont été positifs mais nous avons obtenu un refus de l’administration car l'installation ne permettait pas de préserver les poissons migrateurs.

En 2008, par hasard, je découvre la première vis d’Archimède en fonctionnement, posée à Fribourg en Allemagne, la ville verte par excellence, sur un torrent de la Forêt Noire. Je prends contact avec le constructeur dont le nom était affiché. Avec son aide, nous avons bâti le projet d’Heudreville, que nous avons soumis aux services concernés du Ministère du Développement Durable. La responsable du service « rivières » nous a orienté vers Monsieur Larinier, le « pape » de la continuité écologique. Ce dernier nous a invité à visiter des centrales à vis hydrodynamiques installées très récemment en Angleterre.  Les propriétaires avaient étudié les effets sur la dévalaison des poissons et le transit sédimentaire en coopération avec l’Environment Agency. Les effets étant positifs et chiffrés, nous avons pris contact avec l’ONEMA et, encouragés, nous avons fait établir un devis pour pouvoir présenter un dossier à l’administration.

En 2013, la DREAL a donné son accord pour la réalisation du projet. La DREAL a estimé par une réflexion de bon sens que la pose de vis n'avait pas d'impact negatif sur l’Environnement à la différence de turbines traditionnelles.

En quoi ce projet hydroélectrique est-il important pour vous et pour votre commune ?

Notre Maire ainsi que le Président de la Communauté de Communes et le Conseil Général, appartenant à des partis politiques qui s’opposent nationalement mais coopérant localement pour développer le territoire, ont tous été favorables à notre projet. Les automatismes réduisent fortement les risques d’inondation en cas de crue de la rivière et les associations locales de pêcheurs ont été sensibles à la suppression d’un obstacle meurtrier à la migration des poissons. Par ailleurs, une dizaines de personnes ont travaillé sur le site pendant près d’une année incluant du personnel de trois entreprises locales qui assurent en partie la maintenance.

Avec maintenant plus de deux années d’exploitation, quel est votre retour d’expérience sur cette technologie ?

Jour après jour, nous gagnons des kWh en améliorant un grand nombre de petits détails. Ainsi, les vis quasi identiques aux nôtres fournies par le même constructeur, posées sur la Tamise à Windsor, ont un rendement de l’ordre de 50% alors que nous atteignons 70% avec l’objectif d’atteindre 75%. A Windsor, l’exploitant des vis, David de Chambeau, ingénieur de haut niveau formé dans la Silicon Valley, est très compétent mais n’a pas le temps d’observer quotidiennement comment fonctionne sa centrale dans les détails. A Heudreville, nous faisons quotidiennement des observations de bon sens et nous testons des petits changements.

Après deux ans, nous avons la conviction qu’un travail réunissant les entreprises ayant participé au projet d’Heudreville, avec David de Chambeau qui construit d’autres centrales à vis sur de nouveaux sites, permettrait de réduire les montants des investissements initiaux des installations et d’améliorer les rendements des vis jusqu’à 85%. Nous pourrions équiper de façon rentable des sites beaucoup plus importants mais également d’autres beaucoup plus petits.

Quelles sont les répercussions que vous avez pu voir depuis la mise en service de votre centrale ? Est-ce que d’autres projets apparaissent en France ?

30% des sites pouvant être équipés en France avec les technologies et aux coûts actuels appartiennent à des passionnés qui ont déjà installé des turbines traditionnelles. Ils doivent effectuer des travaux pour répondre à une partie des normes concernant la continuité écologique s’ils souhaitent maintenir l’exploitation. C’est ce qu’ils font en général.

70% des autres sites pouvant être équipés appartiennent à des propriétaires qui cherchent avant tout la paix et la tranquillité et qui, de plus, ne souhaitent pas ou ne peuvent pas prendre des risques financiers.

C’est la raison pour laquelle il me semble inutile de prospecter individuellement des propriétaires de barrages. Une approche originale du marché doit être imaginée. Nous sommes certains qu’elle existe puisque la pose de vis n’offre que des avantages écologiques et économiques et pourrait engendrer des économies substantielles pour le contribuable. Nous la recherchons !!

Bibliographie

[DEL 15] DELLINGER G., TERFOUS A., GHENAIM A., GARAMBOIS P.A., « Optimisation d’une vis d’Archimède pour la production d’énergie dans les microcentrales hydroélectriques » - 33èmes Rencontres de l’AUGC, ISABTP/UPPA – 2015