Le système de mini-centrale « Hydropower »* peut être une alternative intéressante pour s’affranchir de telles difficultés. Notre société, désireuse de disposer de solutions techniques pour répondre à ses besoins en matière de surveillance des réseaux d’eau potable, a contribué au lancement d’une présérie de l’appareil. Deux prototypes ont été installés en 1991, l’un au centre des Matelles (34) sur le site de Saint-Mathieu et l’autre à l’Agence de Largentière (07), sur le site de Ruoms.
Principe de l’appareil
La mini-centrale est constituée d’un turbo-alternateur placé sur une canalisation du réseau en charge et d’une batterie étanche, associée à un circuit électronique de protection contre les surcharges et les décharges trop profondes. La turbine, entraînée par le passage de l’eau, charge la batterie de façon à fournir une énergie électrique permanente, malgré un possible fonctionnement intermittent de l’installation hydraulique.
Les différents éléments sont dimensionnés pour s’adapter aux conditions d’exploitation et pour fournir l’énergie électrique nécessaire sur le site, avec une perte de charge minimale. L’installation peut être réalisée en 12 ou 24 volts.
Site de Saint-Mathieu (Hérault)(Montage à l’extrémité d’une conduite de remplissage d’un réservoir enterré)
Un des sites retenus pour installer à titre expérimental une mini-centrale est le réservoir de Saint-Mathieu-de-Tréviers (34), alimenté gravitairement ; le remplissage, géré à l’origine par une vanne à ouverture progressive (débit de remplissage = débit de distribution) a dû être modifié et transformé en commande « tout ou rien » pour les raisons décrites ci-dessous. Les principales caractéristiques de l’installation sont les suivantes (figure 1) :
Montage : en extrémité de la conduite d’alimentation du réservoir (DN 200).
Diamètre de la micro-turbine : DN 125.
Débit enregistré : de 0 à 160 m³/h puis 110 m³/h, après les modifications opérées sur le remplissage.
Besoins en énergie : 1 A sous 24 Vcc, destiné à alimenter un transmetteur « Euretec » et un émetteur radio.
La fourniture en énergie a été correcte pendant les mois de juillet et août, où le débit maximum permettant d’assurer une vitesse de rotation supérieure à 1 500 tr/mn était atteint pendant des périodes suffisamment longues pour recharger les batteries.
À partir du mois de septembre, ce débit était rarement atteint. Il a fallu équiper la turbine d’une hélice adaptée aux nouvelles caractéristiques hydrauliques. Malgré cette modification, la mini-centrale ne fournissait toujours pas l’énergie nécessaire car le débit connaissait des variations importantes et rapides.
Le changement du mode d’alimentation du réservoir, consistant à transformer la vanne progressive en une vanne pilotée en « tout ou rien », permet maintenant d’assurer un débit constant dans la turbine et de faire fonctionner l’appareil convenablement. Une autre possibilité aurait été de réaliser une dérivation de petite section (débit de 20 m³/h environ) pour disposer d’une alimentation quasi permanente et assurer un fonctionnement constant de la turbine.
Site de Ruoms (Ardèche)(Montage en ligne sur la conduite de remplissage d’un réservoir enterré)
Le réservoir de Ruoms (2 × 500 m³), l’autre site retenu, est équipé d’un robinet vanne « hydro-savy », piloté en « tout ou rien » ; le temps journalier de remplissage est de 6 h en hiver et de 16 h en été au débit de 80 m³/h. La mini-centrale dont la turbine a un diamètre de 100 mm est installée sur la conduite d’alimentation du réservoir (DN 200) (figure 2).
* Breveté par la société Cismac Electronique.
[Photo : Mini-centrale placée en extrémité de conduite d'alimentation du réservoir de Saint-Mathieu (34).]
Les étapes pour la mise en place de l'appareil ont été les suivantes :
• coupure de la conduite en aval de la vanne de régulation ;
• pose de l'appareil entre deux cônes en acier 200/100 ;
• raccordement par deux brides major DN 200.
En fonctionnement, un boîtier de régulation couple la turbine à la batterie en fonction de la tension de celle-ci et de la vitesse de rotation de la turbine.
Une sonde ajuste la tension de fin de charge de la batterie en fonction de la température ambiante.
Le boîtier dispose de deux contacts pour alarmes :
• tension de la batterie inférieure à 11,8 volts ;
• un contact marche/arrêt de l'alternateur qui indique que la machine tourne à une vitesse de production d'énergie.
La mini-turbine alimente un satellite de télésurveillance du réservoir dont la consommation permanente est de 800 mA.
L'ensemble fonctionne depuis juillet 1991. Le seul problème rencontré à ce jour est l'usure prématurée des roulements, problème qui sera prochainement résolu avec la mise en œuvre de paliers céramiques beaucoup plus résistants que ceux existants.
Conclusion
La mise en place des appareils de présérie a montré qu’il est essentiel de bien dimensionner la turbine dès le départ et donc de connaître précisément les conditions de fonctionnement :
• évaluer le besoin en énergie électrique ;
• déterminer les paramètres de fonctionnement d’après l'utilisation : débit productif et temps de fonctionnement productif ;
• calculer la puissance que doit fournir la turbine ;
• dimensionner la batterie et la turbine et, en conséquence, vérifier que les pertes de charge provoquées par la mini-centrale sont admissibles.
[Photo : Vue de l'installation en ligne sur l'alimentation du réservoir de Ruoms.]
Une méthodologie a ainsi été mise au point et permet de dimensionner un projet d’installation d’une mini-centrale.
Par suite de la mise en place de tels dispositifs sur certains sites éloignés de tout réseau de distribution d’énergie électrique, il est possible aujourd’hui d'envisager l'installation de satellites permettant la télésurveillance des quantités et qualités des eaux potables mises en distribution. Souci permanent des distributeurs d’eau, et de la CISE en particulier, l’amélioration de la fiabilité et de la qualité du Service s’en trouve renforcée.
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