jeudi 22 novembre 2012

10 questions & réponses sur l'hydro-électricité

Produire son électricité à partir de sa rivière : c'est possible ! Et à l'heure où notre pays est engagé dans une vaste transition énergétique, c'est même nécessaire. Mais on ne devient pas du jour au lendemain producteur d'hydro-électricité. Voici quelques réponses aux questions les plus fréquemment posées, pour aider à prendre des décisions en ce domaine. Notre association est à disposition de ses adhérents pour les assister et les conseiller dans ces démarches. En attendant l'édition de fiches pratiques détaillées, ces premiers conseils simples aideront à réfléchir à l'équipement des anciens moulins et anciennes usines... qui se comptent par centaines en Côte d'Or.

Sur quels sites puis-je produire ?
A l'exception des grands fleuves à débit fort et constant, plutôt rares en Côte d'Or et en Bourgogne, la production d'hydro-électricité demande la présence d'ouvrages hydrauliques en rivière. Les deux principaux ouvrages sont : l'existence d'un seuil, glacis ou barrage sur le lit mineur, qui crée une hauteur de chute, ainsi qu'une retenue et une dérivation d'eau (appelée « bief ») ; un canal d'amenée et un canal de fuite, où passe tout ou partie du débit de la rivière, canal dont l'eau sera turbinable. Et c'est à peu près tout ce qui est nécessaire, avec ces deux éléments on peut produire de l'énergie.
Le seuil, glacis ou barrage permet d'exploiter l'énergie potentielle de l'eau (énergie de pression et de position de l'eau à une certaine altitude), qui est ensuite transformée en énergie cinétique (quand elle s'écoule dans le canal, puis dans la turbine ou la roue). Bien sûr, beaucoup de sites historiques de moulins ou d'usines sont mieux équipés : outre le seuil et le canal, ils disposent de chambres d'eau en très bon état permettant d'y installer les roues ou turbines, voire ayant conservé leurs équipements du XXe siècle. Mais ce n'est pas indispensable en soi.
Les sites permettant la production hydroélectrique sont généralement d'anciens moulins. Ce peuvent être aussi d'anciennes forges ou autres usines construites au bord de l'eau. En Côte d'Or, on relève 770 barrages et seuils en lit mineur des rivières (ROE 2012). Les sites de production potentielle dans le département sont donc très nombreux !

Ai-je le droit de produire ? (1) Cas du droit d'eau (fondé en titre)
Si votre moulin est antérieur à 1789 (rivière non domaniale, comme l'Armançon) ou à 1566 (rivière domaniale, comme la Seine), il est dit « fondé en titre » et dispose de ce que l'on appelle un « droit d'eau ». Il suffit pour cela que le moulin ne soit pas complètement en ruine – la présence du seuil et du canal (même engravé, envasé ou enherbé) suffit.
Dans ce cas, vous pouvez user de la puissance de l'eau et votre débit d'équipement (le volume d'eau turbinable chaque année) est présumé identique à l'état présent de votre moulin (c'est-à-dire ce que votre canal ou bief permet de dériver une fois qu'il a été nettoyé). C'est à l'administration de prouver le contraire, dans l'hypothèse où elle conteste votre droit d'user du moulin tel qu'il est : pour votre part, vous avez seulement à démontrer l'existence historique de votre moulin.
A noter : ce « droit d'eau fondé en titre » n'est pas une pièce administrative particulière, mais une capacité attachée à l'existence physique et historique du moulin.
Pour retrouver des preuves de l'existence du moulin avant 1789, tous les moyens sont admis : présence sur des cartes (Cassini) ou cadastres anciens, mentions dans des textes, etc. Vous pouvez librement vous renseigner aux archives départementales, par courrier électronique ou en vous déplaçant. Les services des archives de Côte d'Or sont très efficaces. Vous pouvez aussi contacter des érudits et chercheurs locaux (par exemple, la Société des Sciences de Semur).

Ai-je le droit de produire (2) Cas du règlement d'eau (fondé sur titre)
Si votre bien est postérieur à 1789, il a probablement reçu une autorisation préfectorale d'exploiter l'eau, qui s'appelle le « règlement d'eau ». Il est très rare qu'un moulin ou une usine « moderne » n'en ai jamais reçu. Il est en revanche fréquent qu'un moulin ancien (antérieur à 1789, cas précédemment évoqué) ait reçu après la Révolution un règlement d'eau, en plus de son droit d'eau .
A noter : droit d'eau et règlement d'eau sont deux notions bien différentes, à ne pas confondre. On dit parfois moulin fondé en titre s'il a un droit d'eau dû à son existence antérieure à 1789/1566, et moulin fondé sur titre s'il a seulement un règlement d'eau produit par l'administration après 1789.
Ce règlement d'eau est une pièce administrative écrite, de plusieurs pages, qui définit assez précisément la consistance légale de votre site, c'est-à-dire les différents ouvrages hydrauliques, la cote légale de retenue dans le bief et la puissance exploitable. Donc, il suffit de suivre ses prescriptions pour savoir ce que vous avez le droit de produire.
La date de ce règlement d'eau est importante, pour les petites puissances inférieures à 150 kW (quasiment tous les sites de Côte d'Or) :
  • si votre règlement d'eau est antérieur à 1919, votre autorisation d'exploiter est réputée « perpétuelle », vous n'avez pas à faire de démarche particulière (simple déclaration de remise en activité) à condition bien sûr de rester dans la consistance légale du règlement (ne pas changer la hauteur de chute ou le débit) ;
  • si votre règlement d'eau est postérieur à 1919, et ne comporte aucune limitation dans le temps, il est toujours valable aujourd'hui ;
  • si votre règlement d'eau est postérieur à 1919 et comporte une limitation dans le temps, elle est impérative. Au cas où le délai d'exploitation autorisée est passé, vous devez faire une nouvelle demande d'autorisation en préfecture (question suivante).
Pour savoir si votre bien dispose d'un règlement d'eau, il faut écrire (en courrier recommandé) au bureau de Police de l'eau de la DDT (coordonnées du bureau 21, pdf). Vous pouvez aussi commencer à chercher en archives, car la DDT n'a pas conservé tous les règlements d'eau.
A noter : si vous avez un règlement d'eau ancien, il sera actualisé par la préfecture en fonction des nouvelles règlementations. C'est tout à fait normal, mais il faudra montrer la plus grande vigilance à ce moment-là, car ce nouveau règlement définira précisément votre puissance hydraulique exploitable.

Ai-je le droit de produire ? (3) Cas de la demande d'autorisation
Si vous avez un règlement d'eau ayant dépassé la date d'autorisation, ou si vous restaurez un ouvrage totalement en ruine, ou si vous n'avez aucune pièce justificative de droit d'eau ni de règlement d'eau, ou si vous construisez ex nihilo une nouvelle installation, vous êtes obligé de faire un dossier de demande d'autorisation de production hydro-électrique au bureau de Police de l'eau de votre préfecture. Ce n'est pas le cas le plus simple.
Un nouveau classement des rivières va être publié. Il y a trois possibilités :
  • votre cours d'eau n'est pas classé et, s'il n'y a pas d'autres contraintes (Natura 2000, ZNIEFF, corridor biologique), la préfecture devrait vous autoriser sans trop de difficulté ;
  • votre cours d'eau est classé en liste 2, vous aurez 5 ans (comme tous les moulins, qu'ils produisent ou non) pour faire des aménagements écologiques mais a priori, il n'y a pas de raison que la préfecture refuse l'autorisation si vous respectez scrupuleusement les étapes et les besoins du dossier ;
  • votre cours d'eau est en liste 1, ce qui veut dire en très bon état écologique, et il est a priori interdit de construire un nouvel obstacle à l'écoulement. Mais si votre seuil ou barrage est en place, il n'a pas à être effacé. Vous êtes tenu (là encore, avec ou sans production énergétique) de respecter immédiatement et scrupuleusement les consignes données par la Police de l'eau pour préserver la qualité des milieux aquatiques.
Dans l'hypothèse où votre seuil (ou barrage) est en ruine sur une rivière classée en liste 1, vous n'aurez pas l'autorisation de construire un nouveau seuil (ou barrage).
Il faut savoir qu'une demande d'autorisation exige toujours de passer par un bureau d'études spécialisé, produisant une étude de faisabilité qui répond à toutes les demandes de l'administration (avant-projet technique, contraintes environnementales, etc.). La procédure est donc plus compliquée (et plus coûteuse) que si vous êtes fondé en titre ou réglementé avant 1919.
Combien d'électricité puis-je produire ?
Pour avoir une estimation grossière de votre puissance hydraulique, vous devez connaître la hauteur de chute entre le niveau amont (niveau d'eau au seuil ou barrage) et le niveau aval (niveau de la fuite d'eau dans la rivière, à l'extrémité de votre canal de dérivation ou « sous-bief »), ainsi que le débit moyen passant dans votre canal. Soit la hauteur H en mètres et le débit moyen Q en m3/s : vous multipliez ces deux chiffres entre eux, puis vous multipliez encore par 10 (la force de gravité, g) et vous obtenez la puissance de votre site (P=g.Q.H). Par exemple une chute de 2 m et un débit de 1 m3/s donne une puissance hydraulique brute de 20 kW environ (la puissance électrique nette sera plutôt de 12-14 kW ou kVA). Ce sont là des valeurs typiques pour les moulins de Côte d'Or.
Pour connaître ces valeurs, deux hypothèses. Soit vous retrouvez d'anciens papiers (actes notariaux, règlement d'eau) où les chiffres sont précisés. Soit vous n'en disposez pas, et il faut les calculer. Plusieurs moyens permettent un calcul approximatif : nous les exposerons à une autre occasion (d'ici là, voir par exemple cette page pour quelques méthodes artisanales de mesure du débit). La mesure détaillée sera faite soit par un géomètre et un hydraulicien, soit par un bureau d'études spécialisé.
Une fois connue la puissance, vous pourrez estimer la production en fonction de la courbe annuelle des débits et de votre choix d'équipement. Par exemple, prenons une installation de 20 kW de puissance fonctionnant 6000 heures dans l'année avec un rendement global de 70%. Sa production sera de 0,7*6000*20=84.000kWh (la puissance s'exprime en kilowatt, l'énergie en kilowattheure, l'énergie électrique étant simplement la puissance produite par unité de temps).

Dois-je autoconsommer ou vendre au réseau ?
Vous pouvez consommer vous-même votre électricité ou revendre toute l'énergie au réseau d'EDF. Tout dépend de la puissance de votre site... et de vos besoins. Si vous venez d'installer un chauffage tout neuf à bois ou gaz, vous aurez probablement du mal à consommer toute votre électricité. Si vous avez un vieux chauffage fioul à médiocre rendement et risque de pollution de la rivière, cela peut devenir très intéressant de concevoir un projet d'autoconsommation (en électricité directe ou électricité + pompe à chaleur eau-eau par exemple).
Si vous êtes à moins de 10 kW, il est généralement plus intéressant de consommer soi-même (vous devriez couvrir votre consommation sans problème, y compris du chauffage en hiver). Entre 10 et 30 kW, la décision n'est pas toujours facile, votre puissance dépasse vos besoins mais elle est modeste, et un dossier complet pour vendre au réseau impose des contraintes plus importantes que l'autoconsommation. Mais rien n'est insurmontable, on trouve couramment des moulins qui vendent leur production à ces niveaux de puissance. Au-delà de 30 kW, il devient généralement préférable de vendre sa production au réseau national.
Dans la dernière hypothèse, chaque kWh produit vous est racheté environ 8 centimes en été et environ 14 centimes en hiver. Pour donner un ordre de grandeur, un moulin ou une usine de 30 kW en puissance nominale peuvent produire un revenu brut d'exploitation compris entre 11.000 et 13.000 euros par an environ. Ce n'est pas la fortune, mais pas négligeable non plus.
Avant d'entamer la moindre réflexion sur le matériel nécessaire, vous devez choisir la solution que vous préférez : autoconsommation sur place ou vente au réseau. Quand votre choix est fait, vous pourrez chercher les équipements adaptés.

Produire de l'hydro-électricité, est-ce compliqué ?
Oui et non. Oui, parce qu'il est évidemment plus compliqué de développer une petite centrale micro-hydraulique que de mettre sur son toit quelques mètres carrés de panneaux solaires, ou de faire installer une pompe à chaleur par un chauffagiste. Si vous voulez tout faire tout seul à partir de matériels d'occasion (solution la moins coûteuse, évidemment), il vous faudra quelques notions d'hydraulique, quelques connaissances en électricité, une bonne dose de courage pour le génie civil et beaucoup de rigueur pour que tout fonctionne correctement. Mais il existe des réparateurs et installateurs spécialisés dans la remise en fonctionnement des moulins ou petites usines.
Non, car vous pouvez aussi choisir de faire installer un matériel d'occasion garanti ou un matériel neuf par une société spécialisée et de faire automatiser au maximum votre installation, de sorte que vous n'aurez pas beaucoup de maintenance (hormis celle de votre bien en général, puisque tout moulin a des obligations d'entretien hydraulique). Mais évidemment, plus vous sous-traitez à des tiers, plus le coût de revient de votre installation sera élevée.
Compliquée dans ses détails techniques, l'hydro-électricité est simple dans ses principes : l'énergie cinétique-potentielle de l'eau en écoulement est d'abord transformée en énergie mécanique (rôle de la turbine, roue ou vis d'Archimède), puis cette énergie mécanique est convertie en énergie électrique (rôle du système rotor-stator dans le générateur). L'éolien fonctionne de la même manière, sauf que l'énergie cinétique du vent (et non de l'eau) forme sa source primaire.
Dernière chose : l'hydro-électricité peut surtout paraître compliquée à cause des nombreuses contraintes réglementaires, c'est-à-dire de la « paperasse » à accomplir afin de mener son dossier de A à Z. C'est la raison pour laquelle il est préférable de se rapprocher d'une association et/ou d'un bureau d'études, dont le rôle est de vous assister dans ces procédures.

Combien cela coûte ?
Il est particulièrement difficile de répondre à cette question, car la fourchette est large : une installation peut coûter de 1000 à 7000 euros le kW de puissance installée ! L'état initial de votre bien est évidemment déterminant, ainsi que le choix entre un matériel d'occasion ou un matériel neuf pour l'équipement hydraulique et électrotechnique. Il faut savoir qu'une turbine (ou une roue, ou une vis) neuve sera un modèle unique, spécialement conçu en usine pour être adapté à votre hauteur de chute et votre débit d'eau. D'où le coût : ce ne sont pas des équipements standardisés et produits en série comme les groupes électrogènes du commerce, par exemple.
Par ordre décroissant de coût, les principaux postes à étudier sont les suivants dans l'hypothèse d'un matériel neuf et d'un moulin dont l'état général est correct  :
  • l'achat de la turbine
  • le génie civil et l'équipement annexe (incluant vannes, grille, aspirateur, optimisation du bief si nécessaire)
  • le générateur et l'électronique de puissance
  • les systèmes d'automatisation et de contrôle-commande
  • le raccordement au réseau
Mais attention, ce sont là des évaluations moyennes et chaque site est particulier.
On mesure habituellement l'intérêt économique d'une installation hydro-électrique en temps de retour sur investissement : combien d'années d'exploitation sont nécessaires pour rentabiliser le coût d'installation ? Un temps de retour de moins de 10 ans est considéré comme une excellente affaire, un temps de retour de 10-15 ans reste intéressant. Au-delà, l'installation concerne plutôt des passionnés ou des militants des énergies nouvelles, acceptant de bloquer un capital sur une longue période.
A noter : il existe des coûts d'aménagements écologiques (passes à poisson pour le franchissement piscicole et vannes fonctionnelles de chasse pour le transit des sédiments), mais ceux-ci n'ont rien à voir avec la production d'hydro-électricité. Ils seront exigibles par le préfet une fois publié le classement des rivières (début 2013) et dépendront de chaque site. Avec ou sans production d'énergie, tout le monde sera tenu d'aménager. Une exploitation énergétique permet de financer une partie des ces coûts d'aménagement écologique et de mutualiser les frais de chantier qui seront de toute façon nécessaire (passe à poissons, vannage à sédiments).

Aurai-je des subventions pour produire de l'énergie hydro-électrique ?
L'hydro-électricité fait partie des énergies renouvelables subventionnées par l'Ademe et elle est inscrite dans le Schéma Climat Air Energie de Bourgogne. Elle peut donc faire l'objet de subventions pour l'étude de faisabilité ou pour l'équipement (en association avec des fonds régionaux et européens de développement rural). Par ailleurs, si votre dossier est complet et si vous le souhaitez, vous pouvez demander un CODOA (Certificat ouvrant droit à une obligation d'achat) dont la principale conséquence est : ERDF rachète votre énergie à un tarif garanti pendant 20 ans. C'est une forme de subvention, car cette garantie d'achat vous donne une visibilité à long terme sur vos revenus et le tarif de rachat pour les petites puissances est plus avantageux.
Si votre site est très isolé, avec un coût de raccordement élevé au réseau, vous pouvez aussi être assisté par le syndicat d'énergie et d'électrification du département pour installer un site autonome. (En Côte d'or, c'est le Siceco, qui a déjà équipé ainsi un moulin en puissance solaire et hydraulique pour l'autoconsommation).

Et donc, par où dois-je commencer ?
D'abord, il faut bien réfléchir : on ne devient pas producteur d'électricité à la légère, vous aurez besoin de patience et de détermination. Comme pour tout projet ambitieux.
Ensuite, prenez des conseils autour de vous – bien sûr, le réseau des associations (il y a plusieurs en Côte d'Or) est là pour vous accompagner dans votre démarche et vous faire rencontrer d'autres producteurs.
Enfin, vos actions prioritaires dépendront de votre situation juridique (fondé en titre, réglementé, non autorisé), de votre choix initial (autoconsommation ou vente réseau), de vos compétences personnelles (participation active aux travaux ou délégation à des tiers).
La toute première chose à faire, si elle n'est pas acquise : clarifier le statut juridique de votre bien afin de savoir à quelle condition exactement vous pouvez exploiter l'énergie hydraulique. La deuxième chose est d'estimer la hauteur et le débit moyen de l'eau au droit de votre site, afin d'avoir une idée à peu près réaliste de la puissance potentielle.

Pour aller plus loin
Rappel des sites utiles (département Côte d'Or)

3 commentaires:

  1. Manque le guide Ademe de 2011 "vers la centrale du XXie siècle"....

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  2. Synthèse très intéressante, qui aidera bien des propriétaires ou amateurs de moulins qui souhaitent se lancer dans une petite production d'énergie renouvelable !

    Merci !

    dB-)

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