Une mini-centrale hydroélectrique est, comme son nom l’indique, un type particulier de centrale hydroélectrique dans laquelle l’énergie est produite à petite échelle, c’est-à-dire une petite centrale hydroélectrique. Ce type de centrale peut fonctionner à une puissance supérieure à 100 kW. 

En quoi consiste la mini-hydraulique ?

Comme l’énergie hydraulique classique, la mini-hydraulique est un type d’énergie renouvelable. Bien qu’elles soient peu connues, l’utilisation de mini-centrales hydrauliques est actuellement très répandue, avec un faible coût initial et la facilité d’installation qui permet de les utiliser localement et aussi pour un usage privé. Les mini-centrales hydrauliques comprennent, ou peuvent comprendre dans le cas le plus général, les mêmes éléments qu’une installation de taille classique, mais avec une puissance limitée. La puissance d’une turbine est fonction de la hauteur de chute nette ou différence de niveau, et du débit qui la traverse. Le produit de ces paramètres, par l’application d’une série de coefficients fixes et d’autres facteurs d’efficacité, est le facteur qui détermine la puissance de l’installation. Par conséquent, une mini-centrale électrique peut être appelée à la fois une centrale électrique conventionnelle qui tire parti d’une différence de niveau très limitée comme 5 mètres et une centrale qui tire parti d’une différence de niveau conventionnelle environ 200 mètres, mais avec un débit limité comme 2 mètres cubes par seconde.

Les avantages de la mini-hydraulique

Les principaux avantages liés à ce type de centrale par rapport à une utilisation conventionnelle sont les suivants : d’une part, la société de distribution n’a pas besoin de régulation pour adapter l’offre d’énergie ou production d’électricité produite à la demande en guise de consommation d’électricité, donc aucun barrage de retenue n’est nécessaire pour le stockage, seulement des barrages de dérivation. Normalement, la puissance instantanée des mini-centrales en fonctionnement est gérée par le niveau dans la chambre de chargement. Plus le niveau est élevé, plus les éléments de commande de la machine, injecteur et distributeur, sont ouverts et plus la quantité d’énergie produite est importante. Si le point de consigne est abaissé, la régulation est fermée et ils produisent moins, mais ils exploitent toujours au maximum leurs possibilités, sans restrictions. D’autre part, il y a une grande liberté dans la disposition, car il est facile de prendre un tuyau de taille moyenne directement du déversoir à la centrale. En outre, le montage de la canalisation ne nécessite pas la construction de treuils spéciaux ou de funiculaires, car elle est de petite taille. Un autre avantage important est le gain de place dans le bâtiment de la centrale électrique, car la taille des machines est plus petite que celle des machines conventionnelles et la plupart des installations pour les services auxiliaires sont supprimées ou réduites. Lorsque la tension du réseau tombe en panne, en situation normale la mini-centrale s’arrête, et ne fonctionne pas en îlot. Comme la puissance d’une mini-centrale est faible par rapport au total du réseau où elle est connectée, si elle s’arrête, elle ne provoque pas de problèmes graves dans le réseau.

Une PCH ou petite centrale hydroélectrique se définit comme une installation de production énergétique, d’une puissance inférieure à 10 000 kW, transformant l’énergie hydraulique d’un cours d’eau en énergie électrique. On classe les PCH en fonction de la puissance installée. On parle alors de petite centrale pour une puissance comprise entre 2 000 kW et 10 000 kW, de mini-centrale pour une puissance comprise entre 500 kW et 2 000 kW, de micro-centrale pour une puissance comprise entre 20 kW et 500 kW, et de pico-centrale pour une puissance inférieure à 20 kW.

Les petites centrales hydroélectriques

L’énergie hydraulique, une énergie verte, est utilisée par l’homme depuis des millénaires : depuis les moulins à eau jusqu’à l’invention de la turbine hydraulique et des grands barrages hydroélectriques. La production d’hydroélectricité est opérée par des particuliers, des collectivités locales ou des entreprises. La législation donne le droit à chacun d’exploiter une petite centrale hydroélectrique pour sa propre alimentation en électricité. Les micro-centrales hydrauliques, aussi appelées mini-centrales ou pico-centrales, permettent de produire de l’énergie à petite échelle grâce à la force de l’eau. Contrairement aux grands barrages, elles ne retiennent pas l’eau, et peuvent être installées sur des torrents et des rivières. Ces installations constituent ce qu’on appelle la PHE, ou Petite HydroElectricité, désignant des barrages dont la puissance est inférieure à 10 MW. La PHE représente près de 90 % des installations hydrauliques, mais cela ne représente que 10 % de la production d’hydroélectricité, les grands barrages disposant d’une très grande puissance en comparaison des petites installations. Les micro-centrales hydroélectriques ont une puissance moyenne de 640 kW. A titre indicatif, la production en hydroélectricité d’une centrale hydraulique de 1 MW permet d’alimenter 630 foyers toute l’année. C’est donc une solution efficace et écologique pour les habitations situées à proximité d’un cours d’eau.

Principe de fonctionnement d’une centrale hydroélectrique

L’eau emprunte une conduite, et son mouvement entraîne la rotation d’une roue ou d’une turbine combinée à un générateur, ce qui permet de produire du courant électrique continu. Un onduleur permet la conversion en courant électrique alternatif, qui peut être directement utilisé, stocké dans des batteries ou envoyé vers le réseau. C’est une énergie propre : l’eau passe à travers la centrale et en ressort intacte. Toutefois, il faut s’assurer lors de son installation que la centrale respecte l’écosystème du cours d’eau : une passe à poissons permettant aux animaux aquatiques de franchir la centrale sans danger, et une grille filtrant l’eau en retenant les déchets garantiront une installation réellement écologique.

D’un point de vue technique, le rôle de la turbine est de convertir l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique qui permettra d’actionner un générateur électrique. Le principe est assez simple : l’eau fait tourner une roue reliée à un axe mécanique qui transmet lui-même directement ou indirectement, engrenages ou système de courroies-poulies, l’énergie mécanique à la génératrice qui la convertira en électricité. Le choix de la turbine est bien sûr primordial dans ce type d’installation domestique et dépend avant tout de la topologie du site et des spécificités du cours d’eau exploitable. On choisira une turbine en fonction de la hauteur de chute et du débit de conception, mais aussi de la vitesse de fonctionnement de la génératrice. Si plusieurs types de turbines existent, les turbines de type Pelton ou Turgo restent les plus utilisées dans les systèmes micro-hydroélectriques en raison de leur faible coût, de leur efficacité et de leur fiabilité. De manière générale, les turbines à action sont plus adaptées pour les ratios dénivelé/débit faibles tandis que les turbines à réaction seront préconisées pour les ratios débit et dénivelé élevés.

Gestion de l’électricité : autoconsommation ou raccordement au réseau

Un particulier peut gérer de manière indépendante sa micro-centrale hydroélectrique, et n’est pas obligé de se raccorder au réseau. Ce type d’installation permet donc l’autoconsommation. Une micro-centrale hydroélectrique représente un investissement de départ important. Un particulier peut bénéficier sous certaines conditions du Crédit d’Impôt pour la Transition Énergétique. La durée moyenne pour amortir un tel investissement est de 20 à 30 ans. Le propriétaire d’une micro-centrale hydroélectrique peut gérer l’électricité produite de deux façons :

– via l’autoconsommation : l’électricité produite répond aux besoins du propriétaire de la centrale ;

– via le raccordement au réseau : possibilité de revendre tout ou partie de l’électricité à EDF. Dans ce cas, EDF s’engage à racheter sur une durée de 20 ans l’électricité produite au tarif en vigueur au moment de la signature du contrat.

À l’heure actuelle, la revente de l’électricité d’origine hydraulique est peu avantageuse : en comparaison, le photovoltaïque se revend de 12 à 23 euros environs le kWh. Dans le cas d’une habitation isolée à proximité d’un cours d’eau, le recours à l’autoconsommation peut être avantageux, permettant de contourner le coût élevé du raccordement au réseau.