L'énergie cinétique de l'eau est utilisée par l'Homme depuis plusieurs siècles, les moulins permettant de la transformer en énergie mécanique pour différents usages. Au cours du XIXe siècle la maîtrise de l'électricité se concrétise et les turbines permettant de transformer l'énergie cinétique de l'eau en énergie mécanique puis électrique voient le jour.
Aujourd'hui, l'énergie hydraulique est la première source d'électricité renouvelable française.
Les Centrales Villageoises peuvent porter des projets de petites centrales hydroélectriques sur leur territoire. Des premières initiatives de ce type sont en cours au sein de plusieurs collectifs du réseau.
Les petites centrales hydroélectriques représentent environ 10% de la production hydroélectrique française. Le terme « petite hydraulique » réfère à une très grande variété de centrales :
- « pico-centrale » : puissance < 20 kW
- « micro-centrale » : puissance entre 20 kW et 500 kW
- « mini-centrale » : puissance entre 500 kW et 2 MW
- « petite centrale » : puissance entre 2 MW et 10 MW
On distingue les centrales de moyenne et haute chute, pour lesquelles la puissance est principalement apportée par la hauteur de chute et l’arrivée de l’eau se fait via une conduite forcée, des centrales de basse chute, pour lesquelles la puissance provient principalement du débit turbiné et l’arrivée de l’eau se fait plutôt par un canal d’amenée.
Ce livret réalisé par France Hydro Electricité présente la petite hydroélectricité de façon synthétique.
La vidéo ci-dessous présente le principe de la petite hydroélectricité et les deux types de centrale.
Les deux principaux indicateurs pour évaluer le potentiel d'un site sont le débit d'eau et la hauteur de chute.
Le débit d'eau s'exprime en mètres cube par seconde (m3/s). Il convient de distinguer plusieurs valeurs de débit pour un même site :
- Débit moyen annuel : volume d’eau écoulé sur une année divisé par le nombre de secondes d’une année
- Module inter-annuel (Qmodule) : débit moyen annuel calculé sur plusieurs années (par ex. 30 ans).
- Débit maximal dérivé (Qmax) : débit maximal d’eau prélevé (ou dérivé) au niveau de l'ouvrage de prise d’eau.
Ces valeurs de débit sont critiques pour l'étude de faisabilité d'un projet. Le débit varie selon les saisons et il est primordial d’avoir une connaissance fine de cette variabilité d’hydrologie pour réaliser une étude de faisabilité technico-économique fiable. Il est ainsi conseillé de faire des mesures de débits sur site pendant au moins 2 ans.
La hauteur de chute s'exprime en mètres (m). Il existe également différentes hauteurs de chute à distinguer :
- Hauteur de chute brute (Hb) : différence d’altitude entre le niveau de retenue et le niveau de la turbine : hauteur de chute exploitable
- Hauteur de chute nette (Hn) : prise en compte des pertes de charges hydrauliques au droit de la turbine et dans les ouvrages d’amenée et de restitution de l’eau.
Ces deux indicateurs permettent de calculer la puissance hydraulique du site, c'est à dire la puissance pouvant être délivrée par la turbine grâce à la force de l'eau.
La puissance s'exprime en kiloWatt (kW). La valeur la plus intéressante à connaitre est la puissance nette, également nommée puissance installée ou puissance active. Cette valeur prend en compte la hauteur de chute exploitable, les pertes de charges de l'installation et le rendement des appareils (indice noté R, généralement compris entre 0,6 et 0,9). Sa formule de calcul est :
Pnette = 9,81 x Qmax xHn x R
En réalité, le débit d'eau passant dans la turbine n'est pas tout le temps égal au débit maximal délivré. Ainsi, un autre indicateur doit être pris en compte pour étudier la faisabilité technico-économique d'un projet : le facteur de charge. Le facteur de charge est le rapport entre l’énergie électrique effectivement produite par l’installation sur un an, et l’énergie qu’elle aurait produite si elle avait fonctionné à sa puissance nominale toute l’année. On peut également raisonner en nombre d’heures de fonctionnement équivalent pleine puissance sur l’année pour illustrer cette notion de facteur de charge.
L’ADEME Bourgogne Franche-Comté indique que l’hydrologie du cours d’eau doit permettre un minimum de 3 500 h/an de fonctionnement en équivalent pleine puissance (soit un facteur de charge d’au moins 40%) pour assurer la viabilité économique du projet, et qu’il convient de tenir compte des effets potentiels du changement climatique.
Il existe deux possibilités pour vendre l’électricité produite :
- Soit la vendre sur le marché, via des contrats à plus ou moins long terme. Contrairement aux petits projets photovoltaïques, ce cas est relativement fréquent pour l’hydroélectricité ;
- Soit bénéficier d’une obligation d’achat.
Les installations d’une puissance strictement inférieure à 500 kW bénéficient d’un tarif d’achat de l’électricité sur une durée de 20 ans (tarif H16, arrêté du 13 décembre 2016). Pour les installations d’une puissance comprise entre 500 kW et 1MW, un complément de rémunération est mis en place : il s’agit d’une prime versée au producteur en complément de la vente sur le marché de l’électricité qu’il a produite.
Pour en savoir plus sur les conditions de vente de l'électricité d'origine hydraulique :
Le développement d'un tel projet est plus long, plus risqué et plus coûteux qu'un projet photovoltaïque sur toiture. C'est la raison pour laquelle l'Association des Centrales Villageoises conseille à ses collectifs adhérents de commencer par la réalisation d'un projet PV avant de se lancer dans un tel projet.
L'ensemble des phases d'un projet de petite hydroélectricité sont résumées dans le schéma ci-dessous.
Les phases de pré-études et d'études de faisabilité peuvent être longues mais ne doivent pas être négligées car elles sont très importantes. Un projet de petite centrale hydroélectrique fait par ailleurs l'objet d'une étude d'incidence ou d'impact environnementale.
D'un point de vue administratif, l'autorisation d'exploiter une petite centrale hydraulique relève de l'Autorisation Environnementale.
> Guide de l’ADEME pour le montage de projets de petite hydroélectricité (attention, le guide date de 2003 et n’est plus à jour sur la procédure administrative)
> Guide de l’ADEME Bourgogne-Franche-Comté sur les démarches administratives (2019)
> Guide méthodologique de l’ASDER sur les projets d’hydroélectricité (orienté collectivités)
> Guide Vers la centrale du XXIe siècle de l’ADEME et France Hydroélectricité (guide très détaillée mais procédure administrative caduque)
> Guide de l’ADEME Bourgogne-Franche-Comté sur les aspects juridiques (2019)
> Guide du Geres sur la petite hydroélectricité en région PACA (guide détaillé sur les enjeux environnementaux, le contenu du dossier et le cadre juridique. Attention néanmoins car le guide est antérieur à l'Autorisation Environnementale)
Le projet de petite hydraulique le plus avancé au sein du réseau des Centrales Villageoises est mené par Grési21, les Centrales Villageoises du Grésivaudan.
Ce projet, d'une puissance potentielle de 380 kW, fait actuellement l'objet d'études de faisabilité. Pour en savoir plus sur ce projet et son état d'avancement, voir cet article "reportage" réalisé en mars 2021.
L'Association des Centrales Villageoises porte une attention particulière à ce projet en accompagnant son développement technique et la mobilisation citoyenne associée, dans le cadre du projet financé par la Fondation de France et grâce au soutien des fondations Terre Solidaire et Celsius (voir page Partenaires).
Par ailleurs, les Centrales Villageoises VercorSoleiL ont également engagé des études sur le développement d'un projet hydraulique. Les études menées par VercorSoleiL ont permis de valider le potentiel du projet, qui est désormais porté par le syndicat des eaux local. Ce projet est brièvement présenté ici.