Bilan

L’hydraulique a encore un fort potentiel en Suisse

Parmi toutes les sources d'énergies renouvelables qui comprennent la géothermie, l'énergie éolienne, le solaire, la biomasse, l'énergie des déchets et l'énergie hydraulique, c'est cette dernière qui représente la plus grand part dans la production mondiale d'électricité : 15,9% contre 2,8% pour les autres renouvelables. C’est encore plus vrai dans un pays comme la Suisse qui a produit en 2008 plus de 37,559 Térawatt heures (TWh) à partir de ses seules centrales hydroélectriques, soit 56.1 % du total de sa production d’électricité faisant de l'hydraulique la principale source primaire d'énergie indigène.

Cette forte proportion pourrait laisser croire que le potentiel de développement de l’hydraulique en Suisse est épuisé. C’est faux. Tant du point de vue des centrales classiques que de la mini-hydraulique, les opportunités existent et les défis techniques peuvent être surmontés. Il existe aujourd’hui trois grands types de sources d’énergie hydraulique. Les centrales à accumulation sont alimentées par un réservoir amont. Il permet de stocker l'eau et de différer son utilisation en tant que source d'énergie. Grâce à la capacité d'accumulation du réservoir, ce type de centrales offre une très grande souplesse d'exploitation permettant d'adapter la production à la consommation et notamment de fournir de l'énergie de pointe quand la demande est élevée. Les centrales de pompage-turbinage sont une variante des centrales à accumulation pour lesquelles des groupes de pompage permettent de relever l'eau depuis un réservoir aval dans le réservoir amont. En mode pompage, il est possible de stocker dans le réservoir amont l'énergie électrique en excès sous forme d'énergie hydraulique et de la restituer quand la demande l'exige. Enfin, en raison de l'absence de réservoir, les centrales au fil de l'eau exploitent l'énergie hydraulique d'un cours d'eau telle qu'elle se présente, sans possibilité de moduler le débit turbiné.

L’opportunité limitée des rénovations

Dans tous ces cas, les exploitants sont soumis à un régime de concession du droit d'exploitation de la ressource  hydraulique par son propriétaire, commune ou canton. Au terme de la durée de la concession qui est de plusieurs décennies, celle-ci doit être renouvelée et représente une opportunité pour l'exploitant de rénover et de réhabiliter la centrale afin de l'adapter aux nouvelles conditions du marché de l'électricité. Ainsi, on constate en Suisse mais aussi partout ailleurs dans les pays développés que c'est là une excellente occasion d'améliorer l'efficacité énergétique et la capacité des centrales hydroélectriques qui ont été installées il y a plusieurs décennies.

Cette amélioration est possible en modernisant l'équipement électromécanique avec des composants tels que les turbines ou les générateurs qui bénéficient du meilleure de la technologie hydraulique actuelle. Il s'agit d'un marché international extrêmement dynamique et compétitif pour les fournisseurs parmis lesquels des groupes comme Alstom Hydro et Andritz Hydro sont des acteurs importants. On doit aussi ajouter que ces projets de rénovation suscitent de nombreuses études et expertises dans lesquels les ingénieurs conseils et les centres de recherche sont impliqués. Parmi ces projets de rénovation, on peut citer en Suisse occidentale celle planifiée par FMO de la Centrale d'Orsières (VS) ou celle de la centrale au fil de l'eau de Chancy-Pougny (GE) que les SIG ont mené.

Certes le potentiel hydraulique de la Suisse n'est pas totalement exploité, notamment celui du Rhône qui pourrait l'être dans le contexte de sa 3ème correction en Valais ou avec le nouvel aménagement de Conflan à Genève. Cependant, le lac de retenue et le barrage d'une nouvelle centrale hydroélectrique représentent un impact majeur sur l'environnement qui doit suivre les prescriptions légales. Cet impact doit être minimisé autant que possible pour lever les oppositions qui ne manquent pas de se manifester lors de sa mise à l'enquête. C'est pourquoi les exploitants d'aménagements hydroélectriques existants s'orientent vers une utilisation plus intensive de leurs infrastructures hydrauliques. En particulier, la surélévation du couronnement des barrages d'accumulation peut être envisagée pour augmenter la capacité de leur retenue à l'exemple de ce qui a été réalisé pour le barrage de Mauvoisin (VS) dont la hauteur a été augmentée de 13.5 m. Mais dans ces cas, les concessions doivent être révisées et, bien entendu, les projets doivent être soumis à l'approbation des autorités publiques et mis à l'enquête.

Force est donc de constater que le développement de nouveaux projets hydroélectriques demeure assez limité. Ainsi l'Office fdéral de l’énergie (OFEN) rapporte en 2009 une augmentation de capacité de seulement 46 MW correspondant à une production supplémentaire de 0,421 TWh principalement due à la mise en service de la centrale de Albbruck-Wehrkraftwerk sur le Rhin à la frontière entre l'Allemagne et le canton d'Argovie. L'OFEN n'attend pas dans les prochaines années une augmentation majeure de capacité de production à l'exception de la mise en service de Rheinfelden, 37.2 MW, et des mégaprojets de pompage turbinage de Nant de Drance (Valais), de FMHL Plus (Vaud) et de Linth Limmern (Glaris).

Il ressort ainsi de l'analyse effectuée en 2008 par la division économie de l'OFEN du potentiel d'augmentation de la production hydroélectrique suisse que la construction de nouvelles mini centrales d'une puissance unitaire inférieure à 10 MW permettrait d'augmenter la production annuelle de 1,100 TWh pour un coût du courant injecté dans le réseau compris entre 10 ct./kWh et 25 ct./kWh. C'est donc pour exploiter au maximum le potentiel hydraulique suisse et celui des autres énergies renouvelables qu'a été mise en place par l'opérateur du réseau, SwissGrid, la politique RPC de rétribution à prix coûtant du courant injecté des énergies renouvelables jusqu'à un maximum de 25 ct./kWh. Ainsi la Confédération a marqué sa volonté politique de promouvoir le développement des mini-centrales hydrauliques par la RPC.

Une centrale hydraulique derrière votre robinet

Ce qui distingue la technologie des turbines destinées aux mini centrales hydrauliques de celles destinées aux centrales de grande capacité, c'est le montant des investissements consentis en R&D pour adapter ces dernières aux conditions hydrauliques spécifiques du site auquel elles sont destinées. Dans le cas de la mini-hydraulique, on cherche à développer des gammes de turbines selon un concept modulaire minimisant les coûts de développement et d'adaptation. Ainsi, certaines simplifications au niveau de la conception et de l’exploitation sont introduites tout en intégrant la nécessité d’une maintenance minimale et d'une exploitation simple voire entièrement automatique. La conception modulaire permettra entre autre de minimiser le nombre de composants, leurs tailles, pour tous les types de turbines dans une grande gamme d’applications. C'est par exemple le concept Compact Hydro développé par la société Andritz Hydro, pour un domaine assez large de chute et de puissance recouvrant des turbines de type axial pour les basses chutes, les turbines Francis pour les chutes moyenne et les turbines Pelton pour les hautes chutes.

L’intégration d’une turbine dans un ouvrage hydraulique existant  permet de réduire la part des coûts d'investissement liés au génie civil, et l'implantation d'une turbine peut être l'occasion d'une démarche visant à revaloriser cet ouvrage à l'exemple de la démarche suivie par les services industriels de la ville de Delémont pour la Sorne.

Une démarche équivalente consiste à améliorer l'efficience énergétique des réseaux d’eau potable ou d’eaux usées pour lesquels on peut installer des turbines comme organes de réduction de pression. Ainsi la centrale de Riddes (VS), construite en 1942, est un exemple de centrale installée sur le réseau d’eau potable d’une commune. Avec une chute de 650 mètre et un débit de 60 l/s, une  réhabilitation a été menée en 2009 par les Forces motrices valaisannes en installant une micro-turbine Pelton d'une puissance de plus de 300 kW. Cette petite centrale bénéficie du soutien du programme de rétribution au prix coûtant de 23 ct./kWh. Mais il est aussi possible d'aller plus loin dans le développement de l'efficience énergétique en développant une technologie permettant de substituer systématiquement les vannes de réglages dans les canalisations d’eau potable et ainsi de récupérer l’énergie qui est autrement perdue dans ces vannes. C'est le défi auquel se confrontent les étudiants de Génie mécanique de l'EPFL qui développent la technologie d'une micro turbine axiale à roues contrarotatives.

Ainsi la volonté de développer les énergies renouvelables poussent à trouver des solutions innovantes qui génèrent des opportunités de développement très intéressantes. On peut même envisager des technologies hybrides qui associent à un site photovoltaïque ou éolien des technologies de pompage-turbinage permettant d'atténuer localement le caractère éminemment intermittent de ces sources d'énergie renouvelable. Le principe est de stocker l'énergie excédentaire dans un réservoir existant tel qu'une galerie inutilisée, des ouvrages militaires désaffectés voire les bassins destinés à alimenter les canons à neige et en restituant cette énergie quand la demande se manifeste.

Le développement des technologies hydrauliques est concomitant avec celui des autres sources d'énergie renouvelable. Car d'une part l'énergie hydraulique représente la source principale d'énergie primaire renouvelable que ce soit pour la Suisse ou pour la planète et d'autre part cette énergie rend possible le développement des autres sources renouvelables par les possibilités de stockage de flexibilité qu'elle présente.

 

 

 

Pelton Une turbine remplace les vannes de réglage pour transformer la pression des réseaux d’eau en électricité

 

 

 

MHylab turbine aussi l’eau potable

Créée en tant que fondation en 1993 mais évoluant dans les faits comme une entreprise, MHylab, à Montcherand, poursuit des travaux de recherche et agit comme ingénieur-conseil dans le secteur de petite hydraulique. En particulier, elle s’attachée à optimiser les turbines pour des puissances réduites qui doivent par conséquent minimiser les frais d’équipement.

Cela l’a d’abord conduit à améliorer les équipements pour les hautes chutes (plus de soixante mètres) et en particulier les turbines Pelton privilégiées dans cette configuration. En collaboration avec des entreprises comme Gasa SA à Lausanne, MHylab a multiplié les réalisations permettant d’utiliser la pression entre les sites de captages et les réservoirs principaux des réseaux d’eau potable. Les communes d’Evionnaz et de Saint Maurice (VS) utilisent, par exemple, une installation de 700 KW qui génère 2 millions de Kwh/an. De même, à l’occasion des travaux du métro de Lausanne,  la Louve a été captée et ses eaux sont désormais turbinées par une installation de 180 kw qui produit environ 450 000 kwh/an.  Parce que l’électricité produite ainsi ne coute que de 4 à 20 centimes le kwh, les technologies de MHylab ont séduit Blue Water Power en suisse alémanique et Suez Environnement en France.

MHylab a aussi adapté les turbines Kaplan pour les basses chutes (1 à 30 mètres) pour des installations typiquement sur des rivières mais aussi sur le site des Farettes à Aigle, VD (140 KW pour 450 000 kwh/an). « Beaucoup d’anciennes installations de production électrique  tombée en désuétude, comme celle des Moulins de Cossonay,  trouvent une seconde vie avec ces technologies », affirme Vincent Denis, le chef du laboratoire.

Actuellement, MHylab se concentre sur le développement de turbine diagonale pour des installations en pied de barrage sur les eaux résiduelles que les exploitants sont tenus de remettre dans la rivière.  MHylab est en discussion avec le groupe E pour une première installation au pied du barrage de Montsalvens dans la région de Broc (FR).

 

 

 

Deutsche zusammenfassung

Das Potential der Wasserkraft ist in der Schweiz noch lange nicht ausgeschöpft

Von allen erneuerbaren Energiequellen macht die Wasserenergie den grössten Anteil in der weltweiten Stromproduktion aus: 15,9% (gegenüber 2,8% der anderen  erneuerbaren Energien) und sogar 56,1% in der Schweiz.

Dieser hohe Anteil könnte glauben lassen, dass das Potential der Wasserkraft in der Schweiz nun erschöpft sei. Dem ist aber nicht so. Sowohl die klassischen Wasserkraftwerke als auch die Kleinkraftwerke bergen noch Potential. Die technischen Hindernisse, es zu nutzen, können überwunden werden.

Werden die Konzessionen erneuert, können gleichzeitig die Energieeffizienz und die Kapazität der bestehenden Kraftwerken verbessert werden – entweder durch die Modernisierung der elektromechanischen Ausstattung oder durch die Erhöhung der Staumauern.

Auch mit dem Bau von neuen Kleinkraftwerken, deren Leistung unter 10 MW liegt, kann die jährliche Produktion erhöht werden. Die Kleinwasserkraft versucht Turbinenfamilien nach einem modularem Konzept zu entwickeln, mit dem die Entwicklungs- und Anpassungskosten verringert werden können. Beispielsweise kann man die Energieeffizienz von Trink- oder Abwassernetzen verbessern, indem man Turbinen installiert und dadurch den Druck reduziert. Man kann die Energieeffizienz auch mit neuen Technologien verstärken, welche die Regulierungsschleusen der Trinkwasserkanalisierung systematisch ersetzen und die Energie auffangen. Dieser Herausforderung stellen sich die Studenten des Maschinen- und Gerätebaus der EPFL, die eine axiale Mikroturbine mit entgegengesetzten Rotationsbewegungen entwickeln.

Cécile Münch-Alligné

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