L’ENERGIE HYDRAULIQUE ELECTRIQUE ECOLOGIQUE
1 - INTRODUCTION
L’hydraulique représente une ressource considérable, inépuisable, à renouvellement permanent, et sans aucun rejet - la ressource propre- gratuite et écologique par excellence, les réserves sont immenses.
- Le projet décrit ci-après défend un nouveau concept de production électrique hydraulique parfaitement écologique, non destructeur des écosystèmes mais plus encore, favorables aux écosystèmes et aux ressources de toutes natures liées à l’eau.
- Ce projet assure la continuité hydrobiologique nécessaires aux grandes migrations mer – rivière ( Saumon) et aux migrations des populations locales entre leur lieux de vie et leur lieux de reproductions.
- La prise en compte réaliste des problèmes écologiques et économiques reste la seule voie crédible des développements futurs énergétiques.
2- LE CONCEPT :
- Une constation simple sur l’efficacité énergétique et économique hydraulique électrique :
- l’énergie produite par 10 barrages de 5 m de hauteur de retenue d’eau est strictement la même que l’énergie produite par une seule chute de 50 m d’un grand barrage ( pour un même débit )
- Les frais de structures et d’aménagements seront beaucoup plus faibles
- Les retenues d’eau, compte tenu de leur hauteur qui permet le passage du rayonnement solaire, sont favorables aux développement des écosystèmes liés à l’eau animaux et végétaux et aux activités humaines.
- Le champ d’application est beaucoup plus étendu car s’appliquant tout aussi bien aux situations de plaine moyenne comme de montagne.
- Distribution : le production décentralisée permet d’imaginer des activités humaines liées aux lieux de production.
- Le CONCEPT repose sur l’association de petits barrages écologiques jusqu’à 5m de hauteur d’eau associés à des turbines hydrauliques à mortalité zéro, sans aucun impact destructeur et permettant d'assurer la continuité hydrobiologique d'un bout à l'autre de la rivière.
- la suppression des retenues d’eau existantes ou leur inutilisation est un non sens écologique.
MUR-BARRAGE HYDRAULIQUE ECOLOGIQUE A DEBIT DE FUITE CONTROLE
PCT
WO 2005/005733
Alors
que la maîtrise de l’eau douce devient un enjeu majeur pour
la planète et alors que les ressources énergétiques
durables incomparables de l’hydraulique restent gigantesques, la
polémique fait rage entre les partisans et les adversaires des
barrages, essentiellement à cause des dégradations
écologiques et des stocks halieutiques constatée dans
le monde entier et notamment des migrateurs et alors que les
solutions proposées restent à ce jour largement
insuffisantes.
C’est ce constat qui a conduit au concept du barrage perméable à l’eau, assurant ainsi la libre circulation des poissons sans contrainte d’aucune sorte.
A- Etat actuel :
Les barrages existant à ce jour sont constitués de digues de retenues des eaux construites en deux grandes familles :
- soit des ouvrages en béton de retenues le plus souvent sous forme d’arc, de voutes simple ou multiples avec ou sans renfort, dans ce cas tous les efforts sont reportés et concentrés de facon considérables sur les assises des voutes souvent de roches naturelles ou sur les renforts.
- soit des digues constituées de différentes couches de remblais assurant la tenue des eaux par le poids propre des remblais et l’étanchéité par la qualité et la constitution de ces remblais, du fait des pentes admissibles les quantités de matériaux remblais à mettre en oeuvre sont considérables.
Dans tous les cas ces barrages sont parfaitement étanches à l’eau et le passage naturel des poissons est rendu difficile voire impossible :
- de l’aval vers l’amont le passage se fait par des ouvrages fixes en béton dits échelles à poissons et pour les grandes hauteurs, par des ouvrages mobiles genre ascenseur qui permettent dans tous les cas, aux poissons de rejoindre le niveau haut de la retenue d’eau du barrage, compte tenu des hauteurs à monter ces systèmes sont plutot adaptés à la nage des grands migrateurs et à leur puissance.
- de l’amont vers l’aval le retour des poissons est plus difficile et la plupart du temps non traité voir impossible, les poissons descendants restent la plupart du temps bloqués dans le fond du barrage ou derrière des grilles, les systèmes de dévalaison de fonds de barrage par des tubes et sas de décompressions sont complexes, et d’une efficacité discutée et souvent les poissons passent dans les turbines avec aucune chance de survie.
Dans tous les cas, s’agissant de rejoindre le niveau haut amont, la variation de ce niveau de l’eau en fonction des saisons et de l’utilisation du barrage sont des obstacles complémentaires aux mouvements des poissons, c’est ainsi qu’en période de basses eaux la dévalaison des migrateurs n’est plus possible par les déversoirs de trop plein réservés à cet effet.
La dévalaison des poissons reste un problème majeur que l’on retrouve sur tous les continents et pour tous les types de poissons et si on arrive à faire monter les migrateurs on ne sait pas ou très mal les faire redescendre.
B - Le Projet
Le présent concept consiste à réaliser les barrages perméables à l’eau avec un débit permanent et une vitesse controlée, et ceci quel que soit la hauteur de l’eau, en mobilisant le poids propre de l’eau dans des cheminées juxtaposée remplies d’eau construite avec des systèmes modulaires, allégant ainsi de facon considérable les structures , et en permettant, par l’effet du débit controlé, le passage de tous les types de poissons de l’aval vers l’amont et de l’amont vers l’aval à travers le barrage, sans aucune contrainte d’aucune sorte et quel que soit le niveau de la retenue, en utilisant exclusivement les écoulements naturels de l’eau et en les maitrisant en débit et vitesse par le jeu des pressions hydrauliques entre les cheminées, les débits restant réguliers et tranquilles.
La réalisation peut aussi se limiter à un ouvrage spécifique pour le passage des poissons permettant ainsi de rétablir la libre circulation des poissons sur les ouvrages déjà existants ou de construction classiques.
C - Description
La figure 1 représente une vue en coupe d’une partie de la structure de la digue , derrière un écran en voile béton (1) sont positionnés des cheminées creuses (2) remplies d’eau et de niveau variable et décroissant de facon régulière vers l’aval.
Ces cheminées sont constitués d’ouvrages en béton (3) de forme tubulaire et de section diverses qui peuvent être préfabriqués. Ces cheminées successives de hauteurs décroissantes à l’arrière de l’écran servent de contrepoids, avec le poids propre de l’eau, pour la stabilité de l’ensemble sur la base ( B ), laquelle est ancrée dans le sol par des ancrages (A) adaptés aux terrains et qui peuvent être par exemple des pieux pour des terrains meubles.
Les efforts se transmettent de proche en proche dans les ossatures de cellules à cellules, l’ensemble étant reliés par des armatures dans des blocages en béton (BA).
L’ensemble constitue ainsi une digue d’eau homogène avec une structure allégée et standardisée et constitue du fait des grands volumes d’eau mobilisés, un bloc poids qui assure la stabilité de la retenue de la hauteur d’eau, c’est en quelque sorte le barrage poids allégés et rempli d’eau.
Les efforts de poussées hydrauliques sont limités sur chaque paroi à la poussée liée à la seule différence de hauteur d’eau des deux colonnes d’eau adjacentes et sont ainsi considérablement réduits, la poussée hydraulique est répartie entre les colonnes et n’est plus concentrée sur le parement du barrage.
La structure des cheminées fonctionne comme des consoles courtes avec de grandes inerties et les efforts se réduisent à des efforts verticaux et horizontaux qui sont repris de proche en proche par la structure et le poids de l’eau.
Les efforts étant répartis entre toutes les cellules, la plus grande sécurité de l’ensemble est assurée, y compris sur le plan sismique.
Les efforts sont répartis sur le linéaire de l’ouvrage et peuvent être repris quel que soit la nature des terrains.
L’eau se répartit dans les cheminées à partir d’ouvertures (4) qui, du fait des vitesses, permettent le passage des poissons dans les deux sens sans contraintes et quel que soit le niveau d’eau et sans obligation de rejoindre le niveau haut du barrage.
Les volumes des cheminées sont calculées afin d’assurer la dissipation de l’énergie propre de l’écoulement de l’eau d’une cheminée à une autre, dissipation compatible avec les règles de circulation des poissons et permettant la régularité tranquille des débits.
-
le passage des poissons n’est rendu possible qu’avec des vitesses
de passage d’eau raisonnables et parfaitement connues - la vitesse
de l’écoulement de la cheminée C1 à la
cheminée adjacente, est directement liée à leur
différence de la pression d’eau, différence qui est
directement liée à la différence de la hauteur
d’eau (h) entre ces deux cheminées, la vitesse est ainsi
parfaitement maitrisée de proche en proche, de cheminée
à cheminée, toutes les cheminées sont reliées
entre elles par des ouvertures par classes de hauteurs, le niveau
d’eau est ainsi le même pour tout le barrage du fait du
principe des vases communiquants.
Le niveau haut d’eau des cheminées est assuré et garanti par un écoulement secondaire de trop plein en partie haute par l’intermédiaire de brèches (6) cet coulement est rendu permanent par la décroissance très faible des sections (4) de passage des poissons de l’amont vers l’aval, afin que le débit entrant de la cheminée en amont soit toujours supérieur au débit entrant dans la cheminée aval, l’éxcédent assure la fonction de trop plein et garantit le remplissage permanent de la cheminée.
Du fait du principe des vases communiquant, lorsque le niveau du barrage va baisser, les cheminées hautes ne seront plus approvisionnées mais celles en aval resteront toujours en fonction adapté au niveau réel du barrage, le passage des poissons est ainsi indépendant de la variation du niveau de l’eau du barrage et les mouvements sont rendus possibles quel que soit les niveaux d’eau.
Dans ce système les poissons n’ont plus à rejoindre le niveau haut du barrage et peuvent déboucher n’importe ou dans la hauteur d’eau en fonction de l’environnements propre à chaque ouvrage.
La maintenance est réduite à la non obstruction de la circulation de l’eau, il n’y a aucun appareillage et aucune partie mobile, seul un écoulement naturel dans une configuration précise et quel que soit les niveaux haut des retenues d’eau que ce soit en période de basses ou de hautes eaux.
Compte tenu de la position des entrées dans le barrage il n’y a plus les risques de bouchages par les objets flottants qui restent en surface.
La totalité du débit réservé peut être réparti sur l’ensemble du barrage avec plusieurs sorties.
D - Applications
L’essentiel de l’ouvrage qu’il soit barrage ou seulement passe à poissons, est composé de cheminées remplies d’eau.
La fabrication des composants de ces cheminées, du fait de leur forme, est simple et économique et peut faire appel à la préfabrication industrielle et à des entreprises de batiments, simplifiant ainsi de facon considérable la construction et les délais de mise en oeuvre d’un ouvrage barrage ou d’une passe à poissons, quel que soit les tailles.
Les
Applications peuvent ainsi être les suivantes :
-Ouvrage
barrage neuf de toute tailles
- Réhabilitation écologique des barrages existants -
- Remplacement de barrages par des successions de barrages inférieurs de5 à 15m
Passes à Poissons