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Caractéristiques topographiques
Pour servir de base d’étude d’un projet, un plan assez détaillé du site choisi est nécessaire.
Ainsi, le levé topographique s’avère obligatoire.
Les levés topographiques sont, en fait, des documents à petite échelle servant à tracer les schémas d’équipement, à déterminer la hauteur de chute, etc ….
Une première sélection des sites hydraulique intéressants, peut donc être faite à l’aide de la topographie et des données hydrologiques généralessur les régions d’études.
Courbe et répartitions hypsométriques
La majorité des facteurs hydrologique et météorologique dépendent très fortement de l’altitude. On appelle alors courbe hypsométrique, la répartition du bassin par tranche d’altitude (les tranches d’altitude en ordonnées et les superficies cumulées leur correspondant en abscisses).
DESCRIPTION ET PRINCIPE DE CONVERSION
Définition
Une petite centrale hydraulique (microcentrale) est une installation de production d’énergie basée sur l’utilisation de la force hydraulique.
L’énergie hydraulique peut provenir:
– d’un fleuve ou d’une rivière;
– d’une source;
– d’un réseau d’approvisionnement en eau potable;
– d’un réseau d’évacuation d’eaux usées ou de drainages;
– de procédés industriels dans lesquels la pression d’un liquide est détruite dans un organe de réglage, vanne ou autre.
La production d’énergie par une centrale hydraulique qu’elle soit grande ou petite est fonction du débit de l’eau et de la hauteur de chute (différence de pression) à disposition.
Les débits des microcentrales peuvent représenter quelques litres ou plusieurs mètres cubes à la seconde.
A partir de deux mètres, une chute avec un débit suffisant est considérée comme exploitable. Par ailleurs, des hauteurs de 500 mètres (pression 50bars) ou plus peuvent produire une quantité intéressante d’énergie, même si le débit est faible (5 l/sec).
Selon les définitions locales, une petite centrale hydraulique peut couvrir des capacités nominales de quelques kilowatts à 50 mégawatts ou plus. Quelque fois, les projets de 150 kW à 1 MW sont appelés « mini-centrales » et les pr ojets de moins de 150 kW, « microcentrales ». Toutefois, la puissance installée n’est pas toujours un bon indicateur de la taille d’un projet. Une « petite centrale » hydroél ectrique à basse chute est loin d’être petite, car en général les projets à basse chute ont besoin d’un volume d’eau beaucoup plus important et de plus grosses turbines que des projets à haute chute.
Eléments de microcentrale Etude de l’aménagement d’un bassin versant et détermination des paramètres de la microcentrale
Pour classer les centrales, on peut penser à utiliser la puissance installée ou certaines dimensions caractéristiques. Intuitivement, la puissance est le reflet de la taille de la centrale. Cependant à puissance installée constante les projets à basse chute ont besoin d’un volume d’eau beaucoup plus important que les projets à haute chute. Ainsi certaines organisations préfèrent se baser sur le diamètre de la roue de turbine pour catégoriser les centrales hydrauliques.
Toutefois la puissance installée est le critère de référence pour l’ensemble des différents acteurs gravitant autour du porteur d’un projet d’ hydro électricité. Il nous semble donc le critère le plus pertinent, et c’est celui que nous retenons.
Au vu des classifications rencontrées dans plusieurs pays, nous choisissons :
– < 150 kW : micro centrale,
– de 150 à 1 MW : mini centrale,
– de 1 MW à 10 MW : petite centrale.
Données nécessaires et dimensions principales à déterminer
Pour l’étude du bassin versant
Situation géographique:
Elles regroupent les coordonnées du sites et du village (DT) : Longitude, latitude et altitude. Caractéristiques du bassin versant Caractéristiques géométriques:
Données nécessaires (DSIG) :Aire et périmètre du bassin versant.
Dimensions et paramètres à déterminer : Indice de compacité, longueur et largeur du rectangle équivalent.
Caractéristiques topographiques:
Répartition hypsométrique Superficie: et distance entre les courbes de niveau (DT et DSIG), pourcentage du total et pourcentage au-dessus de la limite inférieur (A déterminer).
Altitudes caractéristiques : Altitude plus fréquente, maximale et minimale (DSIG et DT) ; altitude moyenne et médiane, pente moyenne et indice de pente (A déterminer).
Caractéristiques du réseau hydrographique: Numéro d’ordre, longueur du bassin versant et longueur du cours d’eau (DSIG) ; classification de Shum et pente moyenne d’un cours d’eau (A déterminer).
Degré de développement du réseau: Longueur totale et nombre de cours d’eau (DSIG) ; densité de drainage et hydrographique (A déterminer).
Caractéristiques agro-pédo-géologique:
Couverture du sol (DT et DSM) : Couverture végétale (surface des forêts) et coefficient de ruissèlement (Hauteur d’eau ruisselée et hauteur d’eau précipitée).
Pour l’évaluation du potentiel hydraulique
Débits caractéristiques:
Débit disponible : Distance de deux sections transversales, temps moyen de parcours du flotteur et surface moyenne des sections (DT).
Débit d’étiage :Surface minimale mouillée et périmètre minimal mouillé (DT).
Programme et application Etude de l’aménagement d’un bassin versant et détermination des paramètres de la microcentrale correspondante
Débit de crue : Pluviométrie maximale dans la station (DSM), surface maximale mouillée et périmètre maximal mouillé (DT).
Dimensions et paramètres à déterminer : Débit turbiné, débit d’équipement, débit de crue décennale.
Mesure in situ et puissance estimée:
Donnée nécessaire (DT) :Hauteur de la chute brute, débit,…
Dimensions et paramètres à déterminer : Hauteur de la chute nette, puissance hydraulique et puissance électrique.
Cas de Tolongoina
Localisation du site de Tolongoina
Le chef-lieu de la commune de Tolongoina se situe au croisement de la RN 14 qui relie Fianarantsoa Ifanadiana à Ikongo et du chemin de fer Fianarantsoa Côte Est (FCE) reliant Fianarantsoa et Manakara.
Il se situe à 40 km au sud est de Fianarantsoa, 70km au nord ouest de Manakara, 30 km au sud de Ifanadiana et 30 km au nord d’Ikongo.
La chute de Mandiazano se situe à 3 km à l’Ouest du bourg de Tolongoina, le long de la voie de chemin de fer FCE.
Conduite forcée
La conduite forcée achemine l’eau sous pression depuis la chambre de mise en charge jusqu’à la turbine où l’énergie potentielle de l’eau est convertie en énergie cinétique faisant tourner la turbine. La conduite forcée est souvent le composant le plus cher du projet et il n’est pas rare qu’elle représente jusqu’à 40 p. 100 des coûts d’une installation à grande hauteur de chute. Il y a donc lieu d’en optimiser la conception afin d’en minimiser le coût. La sélection du type et de la dimension de la conduite dépend de plusieurs facteurs que nous examinons brièvement dans le présent paragraphe. Fondamentalement, il s’agit d’en arriver au meilleur compromis entre la perte de charge et les coûts d’immobilisations. Le calcul d’une conduite forcée est un calcul complexe qui fait intervenir des considérations mécaniques de résistance à l’égard des phénomènesransitoires et surtout économiques.
Longueur de la conduite
La longueur L de la conduite forcée est calculée selon l’expression :
Eléments de microcentrale Etude de l’aménagement d’un bassin versant et détermination des paramètres de la microcentrale
Où : – X 1, X2 sont les coordonnées horizontales, relevées sur la carte, des points haut et bas de l’aménagement [m].
– Y1, Y2 sont les coordonnées mesurées verticalement sur la carte [m].
– Z1, Z2 sont les cotes d’altitude [m].
Le coefficient 1,25 permet de tenir compte de manière simplifiée des aléas du cheminement réel de la conduite forcée.
Chambre de mise en charge
Cet ouvrage devra remplir les conditions suivantes :
– la profondeur et que l’entrée de la conduite forcée doit être toujours au dessous du niveau du plan d’eau pour éviter l’entrée de l’airdans la conduite .
Eléments de microcentrale Etude de l’aménagement d’un bassin versant et détermination des paramètres de la microcentrale.
– son volume doit permettre de faire face à une augmentation brutale des débits, lors d’une crue exceptionnelle, par exemple, correspondant à une variation instantanée de la charge des groupes ; – la chambre est généralement équipée d’une grillefine pour empêcher l’entrée des corps flottants. Le débit qu’on devrait dimensionner la chambre de mise en charge est le débit utile de l’aménagement : Q 0,9Q 2.28.
Cette chambre en question, demande un volume d’eau appelé volume utile de la chambre qui peut être déterminé approximativement par la relation suivante : V 6,7Q 2.29.
En tenant compte des autres volumes (volume mort, perduetranquilisation,…),le volume de la chambre est minoré par la relation suivante : V 2,5V 2.30.
Le volume de la chambre est obtenu par la formule suivant : V L l h 2.31.
Où : – L ch et lch sont respectivement la longueur et la largeur de la chambre (A supposer), – hch est la hauteur de la chambre de mise en charge.
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Table des matières
Chapitre I- ETUDE DU BASSIN VERSANT
I-1- CYCLE HYDROLOGIQUE
I-1-1- Mécanisme du mouvement de l’eau
I-1-1-1- Facteurs
I-1-1-2- Phases principales du cycle hydrologique
I-1-2- Bilan hydrologique [9]
I-2- CARACTERISTIQUES GENERALES DU BASSIN VERSANT [9]
I-2-1- Définitions
I-2-1-1- Bassin versant
I-2-1-2- Limites d’un bassin versant
I-2-1-3- Aire totale du bassin (S)
I-2-1-4- Périmètre (P)
I-2-2- Caractéristiques géométriques
I-2-2-1- Indice de compacité (Kc)
I-2-2-2- Rectangle équivalent
I-2-3- Caractéristiques topographiques
I-2-3-1- Courbe et répartitions hypsométriques
I-2-3-2- Altitudes caractéristiques
I-2-3-3- Pentes
I-2-4- Caractéristiques du réseau hydrographiques
I-2-4-1- Ordre d’un bassin versant
I-2-4-2- Longueurs et pente caractéristiques du réseau
I-2-4-5- Degré de développement du réseau
I-3- CARACTERISTIQUES GEOLOGIQUES
I-3-1- Couverture du sol
I-3-1-1- Couverture végétale
I-3-1-2- Coefficient de ruissellement
I-3-2- Caractéristiques des sols
I-3-2-1- Importance
I-3-2-2- Classification selon la perméabilité
I-4- EVALUATION DU POTENTIEL
I-2-1- Débits caractéristiques
I-2-1-1- Débit disponible [4]
I-2-1-2- Evaluation du débit d’étiage [3]
I-2-1-3- Débit turbiné (Débit à dériver) [6]
I-2-1-4- Débit d’équipement [6]
I-2-1-5- Débit de crue [3]
I-2-1-6- Enquête sur les débits extrêmes [5]
I-2-2- Mesure in situ et puissance estimée
I-2-2-1- Puissance hydraulique théorique du site
I-2-2-2- Puissance électrique
Chapitre II- ELEMENTS DE MICRO HYDROELECTRICITE
II-1- DESCRIPTION ET PRINCIPE DE CONVERSION
II-1-1- Définition
II-1-2- Principe de conversion
II-1-3- Eléments constitutifs
II-2- DIMENSIONS DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL
II-2-1- Barrage
II-2-1-1- Hauteur de la lame d’eau au dessus de la crête du barrage
II-2-1-2- Conception générale du barrage
II-2-1-3- Etude de stabilité
II-2-1-4- Condition de stabilité
II-2-1-5- Mur d’encaissement
II-2-2- Prise d’eau
II-2-2-1- Section de la prise
II-2-2-2- Perte de charge sur la prise
II-2-3- Canal d’amené
II-2-4- Dessableur
II-2-5- Chambre de mise en charge
II-2-6- Conduite forcée
II-2-6-1- Longueur de la conduite
II-2-6-2- Diamètre de la conduite
II-2-6-3- Epaisseur de la conduite
II-2-6-4- Pertes de charges
II-3- CHOIX DES EQUIPEMENT ELECTROMECANIQUE
II-3-1- Classification des turbines
II-3-2- Vitesse spécifique
II-3-3- Conception préliminaire de turbine
II-3-3-1- Turbine Banki
II-3-3-2- Turbine Pelton
II-3-3-3- Turbine Francis
II-3-3-4- Turbine Kaplan
II-3-4- Génératrice
Chapitre III- PROGRAMME DE SIMULATION ET APPLICATIONS
III-1- PROGRAMME ET CALCUL SUR EXCEL
III-1-1- Données nécessaires et dimensions principales à déterminer
III-1-1-1- Pour l’étude du bassin versant
III-1-1-2- Pour l’évaluation du potentiel hydraulique
III-1-1-3- Pour le dimensionnement des ouvrages
III-1-1-4- Pour le dimensionnement des équipements électromécaniques
III-1-2- Mise en oeuvre de l’outil
III-1-3- Organigramme général des calculs
III-1-3-1- Organigramme pour l’étude du bassin versant et l’évaluation du potentiel
III-1-3-2- Organigramme pour le dimensionnement des ouvrages
III-1-3-3- Organigramme de dimensionnement des équipements électromécaniques
III-1-4- Présentation et manipulation de l’outil
III-1-4-1- Présentation
III-1-4-2- Manipulation
III-2- APPLICATIONS
III-2-1- Cas d’Ambaravaranala
III-2-1-1- Localisation du site d’Ambaravaranala
III-2-1-2- Données et paramètres pour le dimensionnement
III-2-1-3- Résultat pour le site d’Ambaravaranala
III-2-1-4- Comparaison des résultats pour le site d’Ambaravaranala
III-2-2- Cas de Tolongoina
III-2-2-1- Localisation du site de Tolongoina
III-2-2-2- Données et paramètres pour le dimensionnement
III-2-2-3- Résultat pour le site de Tolongoina
III-2-2-4- Comparaison des résultats pour le site de Tolongoina
III-2-3- Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
Annexe I : Listings du programme
A-I-1- Etude du bassin versant et évaluation du potentiel
A-I-2- Perspective de l’aménagement
A-I-3- Equipements électromécaniques
Annexe II : Impact de l’aménagement sur l’environnement
Annexe III : Classification d’un bassin versant
Annexe IV : Coefficients et paramètres pour l’étude d’un bassin versant
Annexe V- Description et fonction des éléments d’une centrale
A-V-1- Ouvrages de génie civil
A-V-1-1- Prise d’eau [4]
A-V-1-2- Conduite d’eau
A-V-1-3- Centrale
A-V-2- Equipements de production
A-V-2-1- Equipements hydrauliques [1]
A-V-2-2- Equipements électriques [5]
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
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