Hauteur de chute

[CF21]

Bonjour à tous,
Après pas mal de devis mirobolants pour une micro-centrale avec un débit autour de 8m3/s (à cet endroit de la rivière, moins les débordements du bief) mais avec une hauteur de chute très faible de l'ordre du mètre, je me suis rendu à l'évidence que ce genre de configurations n'étaient pas "rentables".

Bonjour Thilun246,

Sans forcément citer de marques (si cela vous gêne, moi je trouve cela normal de comparer publiquement des offres commerciales), pouvez-vous nous donner un aperçu des devis que vous avez reçu par type d'équipement ?

Cela aide quand même beaucoup les propriétaires d'avoir une idée des prix de marché au kW dans les différentes configurations de hauteur-débit pour les différents équipements (turbines, roues, vis). Et cela devrait aider les équipementiers d'observer que leur offre n'est pas adaptée au marché, du moins qu'elle en manque une partie par disproportion coût-productible.

Merci.

[Thilun246]

pour répondre à CF21,
les devis tournent autour des 140000€ pour une roue à aubes de 3m de diamètre; 3m de large, multiplicateur, génératrice, automatisme, tableau électrique, mise en oeuvre...
au plaisir.

[CF21]

pour répondre à CF21,
les devis tournent autour des 140000€ pour une roue à aubes de 3m de diamètre; 3m de large, multiplicateur, génératrice, automatisme, tableau électrique, mise en oeuvre...
au plaisir.

Merci de la précision. Avec ces dimensions constructives, l'offre avançait quelle puissance brute en kW entrée roue et nette en kVA sortie génératrice ?

[Ticapix]

Bonjour,

Dans les nombreux projets de rénovation que nous traitons sur dossier, se pose souvent la question de hauteur de chute nette.

Nous travaillons à partir des données fournies par le client et les dimensionnement sont donc basés sur ces données. Lorsque nous questionnons les clients, nous nous apercevons que cette hauteur de chute nette est souvent très (trop ?) proche de la hauteur de chute brute.

Peu de propriétaires disposent d'une lunette de mesure et toutes les mesures sont souvent faites avec un banal mètre ou à partir d'une ancienne mesure réalisée il y a parfois bien longtemps.

Pour mémoire la hauteur de chute nette correspond à la hauteur de chute réellement exploitée par la turbine, qui est selon certains expert encore différente de la chute efficace.

Bien souvent nos clients partent d'une hauteur brute (dénivelé entre plan d'eau amont et plan d'eau aval) mesurée sans aucun débit transitant dans le canal usinier, ou à travers une roue ou encore une turbine. De là ils enlèvent le minimum (souvent seulement une dizaine de centimètres) et obtiennent la hauteur de chute qu'ils nous donnent.

Il faudrait à minima faire les mesures dans les conditions suivantes:
1) connaitre le débit de la rivière, pour savoir comment est le débit par rapport au module
2) faire transiter par une vanne de fond le débit que l'on souhaite turbiner.
3) stabiliser les débits ainsi pendant au moins 30 min avant de faire les premières mesures.
4) corriger les mesures ainsi obtenues afin de tenir compte des pertes qui peuvent se rajouter ultérieurement comme par exemple les frottement, tourbillons liés à une entrée d'eau un peu étroite (voûte, champs de grilles....)

On obtient ainsi une valeur plus proche de la hauteur de chute efficace ce qui permet de dimensionner au plus juste la taille de la turbine.

Si on mesure la hauteur de chute avec une turbine en fonctionnement, on s'approche de la hauteur de chute nette mais pas forcément de hauteur de chute efficace. En effet la vitesse de l'eau en sortie représente une hauteur de chute d'environ 10 cm pour une vitesse d'1m/s, de plus on prend comme référence amont le plan d'eau bien en amont de la turbine or il faudrait prendre le niveau ou la pression juste au niveau des pales (assez difficile au demeurant). Donc même avec une mesure turbine en fonctionnement il faut encore enlever quelques cm.

Quand nous lisons des plans d'installations existantes on s'aperçoit que la hauteur de chute nette est souvent prise très basse ex:
Hauteur de chute brute 3.1m en eaux moyennes => chute nette 2.60 m
Hauteur de chute brute 2.65 m (droit d'eau) = chute nette 2.20 m

Et chez vous à combien estimez vous votre hauteur de chute nette par rapport à votre hauteur de chute brute ?

Bon dimanche

TG

[moulino51]

Bonjour Thierry,

1) connaitre le débit de la rivière, pour savoir comment est le débit par rapport au module

Etant entre deux stations de mesure, j'ai une évaluation du module assez précise et le débit a l'instant T.

2) faire transiter par une vanne de fond le débit que l'on souhaite turbiner.
3) stabiliser les débits ainsi pendant au moins 30 min avant de faire les premières mesures.

Oui, c'est ce que j'ai fais, bien sur il faut que le site s'y prête, et j'ai la chance d'avoir une échelle limnimètrique en fonte de deux mètre a l'aval du moulin.
Le débit avalable par la (les) turbine(s) ayant été déterminé, la vanne a été levée en conséquence pour ainsi noter la hauteur de chute, les mesures de relation débits/hauteurs ont été réalisées sur une période de 3 ans, et reportée sur un tableur Excel ce qui a permis de faire une projection sur les parties de débit non mesurées.

4) corriger les mesures ainsi obtenues afin de tenir compte des pertes qui peuvent se rajouter ultérieurement comme par exemple les frottement, tourbillons liés à une entrée d'eau un peu étroite (voûte, champs de grilles....)

Je ne suis pas allé aussi loin, dans mon tableur, j'ai pris arbitrairement un coéf de 0,7 pour le calcul de la puissance (turbines Voït de 1921), l'espacement des grilles est de 35 mm, et les entrées d'eau bien dimensionnées ne créent pas de pertes de charge significatives.
La problématique la plus importante que j'ai eu a constater, est la remontée importante de l'aval en fonction du débit :
-armement de la turbine a 1 m3/s = 2,10 m
-fonctionnement a charge a 2,55 m3/s = 1,85 m
-simulation sur les deux turbines a 4,5 m3/s = La chute se réduit a 1,30 m

Gé

[MHEC]

Bonjour à tous,

A mon humble avis, dans le cadre d’un projet hydroélectrique, nul de peut savoir à l’avance la chute nette. Même le " super " savant avec de " super " logiciel, impossible de la calculer car comme vous le savez, en hydraulique, le moindre petit obstacle ou rugosité du génie civile et boum !! => perte de charges et en fonction de la puissance, vous pouvez avoir entre 10 à 40 kWs en moins !!!

Donc, que ce soit un constructeur de turbine, l’administration ou un BE, le calcul de la chute sera toujours brute maintenant, libre à l’Usinier de réduire au maximum les pertes de charge.

Concernant l’installation d’une turbine par exemple une de 20 m3/s, comme dit ci-dessus, attendre l’équivalent en débit naturel de la rivière ( pas besoin pour autant d’ouvrir une vanne de fond sauf si la partie courcircuité du cours d’eau est long ) afin d’obtenir la chute brute réelle d’exploitation et en fonction de cette chute, on adaptera la machine qui va bien.

PV

[Ticapix]

Tout à fait d'accord Paul, c'est très difficile de connaitre la chute nette.
C'est d'ailleurs le sens que je voulais donner à ce sujet, car bien souvent l'optimisme régnant on a souvent tendance à imaginer ou espérer du moins que cette chute nette se rapproche de la chute brute et ce d'autant plus qe la chute brute n'est pas très importante.

Or c'est malheureusement sur ces sites de basses chute que les déconvenues sont les plus grandes en terme de chute nette, en cause l'écrasement de la chute avec les débits et les difficulté à prendre toute l'eau disponible => pertes de charge en entrée.

En résumé je pense que la chute nette à prendre dans ce type d’installation pour le dimensionnement et le calage en vitesse est souvent inférieure de 40 cm à la chute brute.

Cdt


TG

[caroussel]

C'est vrai que définir la hauteur de chute d'une installation est souvent assez compliqué quand on n'a pas de matériel spécialisé. Déjà la première chose est de bien définir les différents termes pour que tout le monde parle de la même chose.

1. Administrativement, la chute brute est la différence entre le niveau légal de la retenue et le niveau de restitution à la rivière. En gros, la différence entre juste avant la prise d'eau et la bout du canal de fuite. On peut trouver ces données parfois dans les profils en long de l'IGN. C'est cette hauteur qui sert à déterminer la consistance du moulin.

2. Pour la chute nette, pour moi ce serait entre le niveau de la chambre d'eau et le niveau à la sortie de l'aspirateur. Lorsqu'on cherche un moulin (comme c'est mon cas), les installations ne sont pas en fonctionnement et il y généralement très peu d'eau dans le canal de fuite ou trop d'eau si le canal de fuite est jonché d'embacle et que cela créé une sorte de retenue artificielle. Difficile d'avoir des mesures objectives. Le mieux serait de mesurer la chute lorsque les turbines sont en fonctionnement en pleine charge.

Pour donner quelques exemples rencontrés dans mes recherches, j'ai visité un site où la chute brute faisait 3,85 m d'après l'IGN sauf que le canal de fuite faisait 500 m de long. Du coup, la turbine était dimensionnée pour une chute de 2m20 d'après le catalogue constructeur. On pourrait éventuellement penser à creuser le canal de fuite pour récupérer de la hauteur de chute nette mais bon, les travaux commencent à être assez lourd.

Lorsque je fais mes simulations pour estimer le productible, je pars d'une hauteur de chute "mesurée" ou donnée par des plans ou des catalogues de turbines et j'applique des coefficients en fonction du débit. ex: 100% pour un débit allant jusqu'au débit d'équipement, puis je descends en fonction de la hausse du débit pour simuler des remontées avals (-10% lorsque le débit de la rivière double, - 20% quand il triple, etc) mais je dois dire que ca reste completement théorique. C'est juste pour ne pas avoir de mauvaise surprise si un jour je trouve un site.

[CF21]

Bonjour

Pour les moulins que je visite ici et qui ont des projets sérieux, je leur conseille de prendre une mesure de la hauteur par un géomètre (ou avec des instruments pro) lorsque le débit est au module et dans les conditions d'exploitation (vannes du seuil fermées hors 10% de DR, toutes vannes ouvrières ouvertes, transit dans le bief / le déversoir si surcapacité par rapport au bief). Les points mesurés étant la hauteur d'eau dans ou juste en amont de la chambre et la hauteur d'eau au niveau de la restitution, le plus proche de la sortie de turbine / aspirateur. Une fois les repères pris par le géomètre, je conseille soit de poser une échelle amont et une échelle aval (barre graduée de 50 cm ou 1 m pour noter facilement les variations de niveau), soit de faire revenir le géomètre à différentes débits, principalement les gros débits (150, 200, 400% du module) + au besoin un petit débit (50% du module).

Un point à clarifier : la "hauteur efficace" (Ticapix) est-elle la hauteur de charge ? (Soit la hauteur "physique" amont-aval à différentes hypothèses de remontée aval encore diminuée de l'ensemble des pertes de charge hydraulique entre le point de mesure amont et le point de mesure aval, ces dernières étant en fait des variations d'énergie calculées dans la dimension d'une hauteur)

PS : dans un autre domaine, je conseille aussi aux propriétaires de moulins en rivières classées de mesurer les variations de hauteur amont / aval de l'eau au niveau de leur seuil, car c'est une donnée qui sera nécessaire si un jour ils sont contraints à un aménagement piscicole.

[Ticapix]

Bonsoir,

@CF21: Effectivement la notion de chute efficace est un peu tirée par les cheveux car il faut faire attention à ne pas y inclure par exemple les pertes liées à la vitesse résiduelle en sortie d'aspirateur qui sont elles comprises dans le rendement de la machine elle-même. En réalité il n'a guère que les pertes de charges en amont de la pale et situées entre le point de mesure amont et la pale qui ne sont pas comprises dans une mesure de dénivellation amont -aval avec une turbine en fonctionnement.

On y retrouve les pertes dans le champs de grilles, les pertes dans la chambre d'eau (en général peut importantes si la chambre est de bonne dimensions) et enfin les pertes dans les directrices.
Les puristes peuvent mesurer ces pertes par des méthodes calorimétriques car ces pertes engendrent une élévation de température ( agitation moléculaire). Le thermomètre comporte on s'en doute plusieurs chiffres après la virgule car même avec un très mauvais rendement, on n'a jamais vu l'eau fumer dans le canal de fuite.

Cela dit contrairement à de nombreuses personnes qui me demandent des dimensionnements de turbines, je constate que vous êtes tous assez prudent dans l'estimation de vos hauteurs de chute nette et c'est plutôt bien pour éviter toute déconvenue ultérieure.

Cdt

TG