Les différents types de turbines

Le rôle de la turbine est de convertir l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique utile. Le principe est simple : l’eau fait tourner une roue qui est reliée à un « arbre » (axe mécanique). Cet axe transmet directement ou indirectement (engrenages ou système de courroies-poulies) l’énergie mécanique à la génératrice qui la convertira en électricité. On choisit la turbine surtout en fonction de la hauteur de chute et du débit de conception, mais aussi de la vitesse de fonctionnement de la génératrice. On les classe généralement de la manière suivante :

Micro-hydroélectricité
Source : NRCAN

Les turbines de type Pelton ou Turgo sont les plus utilisées dans les systèmes micro-hydroélectriques en raison de leur plus faible coût, de leur efficacité ainsi que fiabilité. Elles s’adaptent également bien aux variations de débit du cours d’eau. D’autres types de turbines existent : des alternatives moins coûteuses sont les turbines-pompe, qui sont en fait des pompes classiques que l’on a inversées pour être utilisées comme turbines hydrauliques. Ces turbines-pompe étant fabriquées en série, elles sont plus faciles à trouver sur le marché et moins coûteuses (généralement de moitié) que les turbines hydrauliques classiques. En revanche, le cours d’eau doit présenter un débit assez constant car elles s’adaptent moins à ses variations. Enfin, les roues hydrauliques sont également une autre alternative pour produire de l’énergie mécanique à partir du courant de l’eau. Ces dernières sont beaucoup moins efficaces (efficacité typique de 30 à 60 % contre près de 80 à 90 % pour des turbines classiques) mais tout de même viables, plus faciles à installer soi-même et aussi plus esthétiques. Cependant, elles ne sont pas conseillées au Canada en raison de l’accumulation de glace en hiver qui peut les endommager.

Micro-hydroélectricité, Turbines
© Meisam, CC

Les différents types de génératrices

Le rôle de la génératrice est de convertir l’énergie mécanique fournie par la turbine en énergie électrique (en se déplaçant dans un champ magnétique, une bobine voit une tension induite dans ses fils). On peut générer un courant continu (DC) ou alternatif (AC). Le courant alternatif est le plus économique à transporter dans un réseau, et peut être utilisé directement par les appareils électroménagers. Le courant continu, lui, est plus facile à stocker dans des accumulateurs. On distingue deux types de génératrices : synchrones et asynchrones. Les génératrices synchrones sont les plus utilisées alors que l’on utilisera les génératrices asynchrones pour les plus petits systèmes. Le choix et le dimensionnement de la génératrice sont très importants et techniques, il est donc préférable de consulter un spécialiste en énergie pour l’étude de conception du système.

Choix du système

Une fois que l’on a déterminé son potentiel théorique hydroélectrique, on peut le comparer à ses besoins en électricité afin de constater si une telle solution énergétique est suffisante et judicieuse. Bien évaluer ses besoins électriques est important pour pouvoir choisir et dimensionner son système de production d’électricité en fonction de l’énergie à produire (kWh) ainsi que de la puissance électrique de pointe (W). Il conviendra de repenser ses habitudes de consommation afin de consommer moins (moins d’énergie consommée en kWh) et de diminuer la puissance maximale appelée (moins d’appareils qui fonctionnent en simultané). Cela est vrai et important pour toutes les sources de production autonomes, que ce soit des génératrices diesel, des panneaux solaires photovoltaïques, des éoliennes, etc.

 On distingue principalement deux types de système micro-hydroélectrique :

  • Les microsystèmes à accumulateurs (batteries) : on choisit ce type d’architecture lorsque le microsystème n’est pas capable de répondre aux besoins de pointe de l’utilisateur. On a donc besoin de stocker l’énergie lorsqu’elle est produite en surplus pour la réutiliser plus tard lorsque le système est incapable de fournir la puissance appelée par le consommateur. Ce type de système permet d’exploiter des débits plus faibles, et d’utiliser la quasi-totalité de l’énergie électrique produite. Ils peuvent également être couplés à un autre type de production d’électricité (photovoltaïque, éolien, génératrices diesel ou essence, …) afin de former un système hybride de plus grande fiabilité (si jamais le cours d’eau s’assèche en été, une autre source d’énergie peut prendre le relais pour assurer l’approvisionnement autonome de l’habitation). A l’aide du tableau suivant, vous pourrez identifier le type de microsystème à accumulateurs qui correspond à votre cours d’eau :
Micro-hydroélectricité
Source : NRCAN
  • Les microsystèmes à courant alternatif : on choisit ce type d’architecture lorsque le potentiel de production électrique est suffisamment important pour alimenter directement et en permanence les appareils électroménagers. Pour parer à toute éventualité et en cas de non approvisionnement temporaire, on peut coupler le système à une génératrice de secours. Ce type de systèmes peut également être relié au réseau électrique afin de bénéficier du principe de facturation nette et de se servir du réseau comme source d’appoint en cas de production hydroélectrique insuffisante. Il faut noter qu'il est plus facile dans ce cas d'obtenir un courant électrique stable et de bonne qualité car le raccordement au réseau permet de mieux réguler la génératrice, ainsi que la vitesse et la fréquence du système. A l’aide du tableau suivant, vous pourrez identifier le type de microsystème hydroélectrique intégré qui correspond à votre cours d’eau :
Micro-hydroélectricité
Source : NRCAN