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Comment identifier le potentiel hydroélectrique de votre terrain. (1/2)

Pour avoir un système micro-hydro, n’importe quel cours d’eau ne convient pas. Apprenez à identifier rapidement votre potentiel hydroélectrique. Partie 1 : Estimer le débit.

Comment identifier le potentiel hydroélectrique de votre terrain
© Louyse Ledoux

Aspects théoriques

La théorie est très simple pour évaluer son potentiel hydroélectrique puisqu’il suffit de connaître le débit ainsi que la hauteur de chute de son cours d’eau. La formule magique pour la micro-hydroélectricité est la suivante, et vous permettra de déterminer votre potentiel électrique[1] :

Micro-hydroélectricité

Cette formule très simple n’est cependant pas si facile à calculer, car il faut évidemment savoir quoi prendre comme valeur. Pour cela, voyons voir en détail à quoi correspondent ces différents facteurs et comment les calculer :

Le débit utilisable d’eau

C’est la quantité d’eau qui franchit un point pendant un temps donné. On peut l’exprimer en m3/s, ou encore en L/s (dans ce cas attention aux unités : la formule précédente donnera une production électrique en W et non en kW). Ce paramètre est le plus compliqué à déterminer car le débit d’eau d’une rivière varie généralement au cours d’une année. Un cours d’eau présentant une valeur stable de débit d’eau sera plus intéressant qu’un autre qui aura des plus fortes variations et un grand écart entre les débits minimum et maximum. Le débit minimum correspond généralement à celui de la saison sèche, soit près de la fin de l’été pour le sud du Québec, et du milieu de l’hiver pour le nord ; le débit maximum a lieu au printemps. On se basera idéalement sur le débit minimum annuel pour calculer le débit de conception du système, et ainsi assurer une alimentation suffisante en électricité durant l’année. Une valeur minimale de 0,6 L/s (10 gal/min) est généralement considérée pour qu’une installation devienne intéressante.

L’évaluation du nombre de jours pendant lequel une valeur de débit sera dépassée est ainsi très importante pour les plus gros systèmes les plus importants (au-dessus de 10 kW), alors qu’elle l’est moins pour les plus petits systèmes qui détournent une faible fraction du débit disponible. Pour des calculs précis, mieux vaut faire appel à un hydrologue ou un consultant professionnel qui établira une courbe des débits classés (CDC) du cours d’eau (en classant les débits mesurés par ordre décroissant d’un cours d’eau, on peut déterminer sa capacité énergétique potentielle de façon plus précise).

Courbe des débits classés

Voici un exemple de courbe des débits classés pour une rivière avec un débit assez stable. Dans le cas d’un système micro-hydro pour une habitation isolée et hors-réseau, on choisit pour débit de conception celui qui sera disponible au moins 95 % du temps. Dans l’exemple ci-contre, il sera d’environ 5 m3/s.

Il existe plusieurs méthodes pour mesurer le débit de son cours d’eau. Celles-ci sont plus ou moins adaptées selon le type de rivière, la précision que l’on cherche, ainsi que les moyens dont on dispose. On trouve facilement des explications détaillées de ces méthodes sur internet, il faut être ingénieux en s’adaptant à la situation de son cours d’eau pour adopter la méthode la plus adaptée . Plutôt qu’une liste exhaustive des différentes techniques, voici notre conseil méthodique pour évaluer le débit de son cours d’eau.

  1. Facteurs de correction

    On commence par une méthode grossière et assez imprécise, mais donnant un bon aperçu de la valeur du débit : la méthode des objets flottants. Cela consiste à évaluer la section moyenne du cours d’eau (A en m²) sur une longueur donnée (L en m), et à poser des objets flottants au début de cette longueur. On mesure alors le temps (T en s) qu’il faut à des objets flottants pour parcourir la distance L. En multipliant la formule  à un facteur de correction en fonction du type de cours d’eau, on obtient une valeur approximative du débit en m3/s.

  2. Une méthode extrêmement précise mais plus compliquée à mettre en œuvre est la méthode du contenant. On dérive complètement le cours d’eau pour remplir un contenant de volume connu et on mesure le temps de remplissage de ce contenant pour en déduire le débit. Cette méthode est à réserver pour les cours d’eau assez petits qu’il est facile de dériver entièrement, donc en général pour des débits inférieurs à 20 L/s.
  3. Enfin, afin de mesurer le débit du cours d’eau et évaluer ses variations durant l’année, la méthode du déversoir sera la plus pratique et facile à réaliser. On aménage un barrage sur toute la section du cours d’eau, avec une ouverture pour laisser s’écouler l’eau. Une mesure de la différence de niveau d’eau en amont et en aval de cette ouverture donnera une approximation du débit. En fonction de l’ordre de grandeur des débits que l’on s’apprête à mesurer, on choisira des ouvertures de taille et de forme différentes (typiquement une ouverture rectangulaire pour les forts débits, et une triangulaire pour les plus faibles). La formule reliant la différence de niveau de part et d’autre du déversoir sera différente selon votre configuration de déversoir et il vous faudra élaborer vous-même cette formule de calcul . Cette mesure a l’avantage d’être simple et rapide à effectuer, donc bien adaptée à un suivi régulier. Il suffira d’empêcher l’accumulation des sédiments dans le déversoir.

[1] Pour les scientifiques avertis, cette équation n’est pas exactement balancée. En effet, pour des raisons de simplification nous préférons omettre sciemment la densité de l’eau égale à 1 kg/L qui n’agit pas sur le calcul.

 

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