dimanche 27 avril 2014

Un guide Onema pour le débit minimum biologique

Depuis le 1er janvier 2014, tous les barrages en rivière (seuils, chaussées, déversoirs et autres prises d'eau) doivent laisser un débit minimum biologique (DMB) de 10% du module (débit moyen) dans le lit de la rivière. Ce DMB remplace l'ancien débit réservé, qui était parfois du 1/40e (soit 2,5%). Exemple numérique : si la rivière a un module de 3 m3/s au droit de votre ouvrage, vous devez faire en sorte qu'il reste en permanence 300 litres par seconde (10%) à l'aval immédiat du seuil, dans le tronçon court-circuité du cours d'eau. Cette exigence est particulièrement sensible vers l'étiage, puisque c'est à cette époque que le stress hydrique est le plus marqué pour les espèces aquatiques. S'il n'y a plus assez d'eau dans la rivière pour atteindre les 10%, celle-ci doit primer sur le bief et conserver tout son débit disponible dans le lit mineur.

L'Onema a édité un guide technique pour assurer le débit minimum. Le document est intéressant, il rappelle les formules hydrauliques permettant le calcul du débit dans les différents dispositifs : échancrure, déversoir à mince ou large paroi, orifice et ajutage, ouverture en fond de vanne guillotine, modules à masque… Tous les moyens sont possibles pourvu que le débit soit exact dans son calcul, et garanti quand la rivière est à l'étiage. Gare aux contrôles !

En l'absence de production, et s'ils n'ont pas eu le temps de concevoir un dispositif spécifique, les moulins doivent fermer à l'étiage (ou en basses eaux) les vannes ouvrières en entrée de bief ou de chambre d'eau, éventuellement fermer les directrices de la turbine en chambre si c'est le seul dispositif de contrôle du débit amont. Dans ce cas, le débit de la rivière passera entièrement sur le déversoir.

Référence : Baril D., Courret D., Faure B., (2014), Note technique sur la conception de dispositifs de restitution de débit minimal, 23 p. (lien pdf)

Illustration : orifice en vanne, dénoyé à l'aval. © Onema

lundi 21 avril 2014

Les moulins de Côte d’Or et de Bourgogne en 1809

En 1809, le Ministère de l’Intérieur du premier Empire napoléonien demande aux préfets d’établir par départements une statistique des moulins à blé. Ce travail, connu sous le nom de "statistique impériale", offre de précieuses informations sur l’état de la meunerie française à l’aube des Temps Modernes (cf. Rivals 2000).

953 moulins à eau en Côte d’Or, 3528 en Bourgogne
Quel était l’équipement en moulins de notre département et de notre région ? La statistique de 1809 nous apprend que la Côte d’Or comptait 953 moulins à eau (et 43 moulins à vent). Parmi les moulins à eau, 890 avaient une roue verticale (soit 93,4%) et 63 une roue horizontale.

Le département bourguignon le mieux pourvu n’était pas la Côte d’Or, qui arrive en 2e position, mais la Saône-et-Loire avec 1421 moulins à eau. Tous étaient ici à roue verticale. Vient ensuite la Nièvre avec 584 moulins à eau (dont 24 à roue horizontale), puis l’Yonne avec 570 moulins à eau (dont 37 à roue horizontale).

Au total, la Bourgogne de 1809 totalise donc 3528 moulins à eau. Si la densité peut paraître impressionnante, la Bourgogne est cependant loin d’être la région la mieux pourvue. A nombre de départements et superficie à peu près équivalents, l’Auvergne compte par exemple 5936 moulins en ce début de XIXe siècle. Les deux Normandie, pourtant peu montagneuses, totalisent 5114 moulins. La Franche-Comté voisine affiche 3603 moulins à eau, sur ses trois départements du Doubs, du Jura et de la Haute Saône.

Une décroissance progressive au cours des deux derniers siècles
Concernant la Côte d’Or, il est intéressant d’analyser l’évolution dans le temps des moulins (puis usines hydrauliques) en activité. Dans la statistique des moteurs hydrauliques de 1899, le nombre d’établissement est de  568. Le relevé de la taxe de statistique de 1921 précise que 451 moulins et usines sont encore en activité.

On observe donc une décroissance progressive des moulins en activité. Cette tendance s’explique par l’évolution technique de la meunerie, qui fut toujours de très loin la première activité de production associée aux moulins, et notamment par la généralisation de l’énergie fossile, d’abord sous la forme de la machine à vapeur (« pompe à feu ») alimentée au charbon,  puis du moteur électrique dont l’énergie primaire sera fournie indifféremment par le charbon, le pétrole (fioul) ou le gaz.

Enseignements énergétiques et écologiques
Si nos ancêtres ne connaissaient pas les lois de la mécanique des fluides ou de l’hydraulique, ils possédaient néanmoins une expérience des usages de l’eau datant de la première révolution industrielle du Moyen Âge central, celle qui vit l’éclosion cistercienne dans nos contrées et la généralisation de la roue hydraulique. Cela signifie que les 3528 sites bourguignons équipés en 1809 étaient exploités car ils présentaient un intérêt énergétique justifiant le coût important de l’implantation d’un moulin.

C’est une bonne nouvelle dans la perspective contemporaine de la transition énergétique, car ces 3528 moulins historiques sont autant de  sites potentiels pour l’implantation de micro-centrales hydroélectriques au fil de l’eau.

Du point de vue écologique, l’analyse des statistiques historiques n’est pas moins intéressante. Elle montre en effet que l’impact morphodynamique et piscicole de la micro-hydraulique au fil de l’eau a tendanciellement baissé (et non augmenté) au cours des deux derniers siècles. Il est difficile dans ces conditions d’attribuer aux moulins la responsabilité de la dégradation récente (essentiellement à partir de la seconde moitié du XXe siècle) de la qualité chimique, physique et biologique des cours d’eau bourguignons (ou français).  Quand on analyse la dynamique de peuplement de certaines espèces repères, comme la truite, l’anguille ou l’écrevisse, on constate qu’il n’existe pas de corrélation avec la présence des moulins sur la rivière (voir cet exemple pour les écrevisses et cet exemple pour les truites).

Référence : Rivals Claude (2000), Le moulin et le meunier, 2 volumes, éditions Empreinte.

Illustrations : en haut, moulin à eau dans l’Encyclopédie ; en bas, l’ancien Foulon Marmillot à Semur-en-Auxois (rivière Armançon), un exemple de site abandonné depuis 1809 où la rivière a repris ses droits.

Autres articles sur Hydrauxois :
Moteurs hydrauliques en Côte d’Or : la Statistique de 1899
Moulins et usines hydrauliques en Côte d’Or : la Statistique de 1921
Potentiel micro-hydraulique en Côte d’Or à l’heure de la transition énergétique

samedi 5 avril 2014

Le taux de retour énergétique (EROEI) de l’énergie hydraulique

Nous avons déjà rapporté les travaux de chercheurs montrant que l’énergie hydraulique possède le meilleur bilan carbone et le meilleur bilan matières premières de toutes les sources d’énergie électrique. Voici une nouvelle donnée, concernant le taux de retour énergétique, appelé EROEI (energy return on energy invested). Le EROEI se calcule par  la quantité d’énergie que l’on produit sur le cycle de vie d’un dispositif divisée par la quantité d’énergie nécessaire à la construction, la maintenance et le démantèlement du dispositif.

Rappelons qu’en soi, l’énergie est partout dans la nature. Le problème qui se pose aux sociétés humaines est de mettre au point des équipements qui captent une quantité suffisante de cette énergie pour satisfaire les besoins tout en ayant un minimum d’impacts sur les milieux et sur la santé. Nous pouvons tous pédaler pour produire notre électricité, mais le taux de retour (EROEI) de cette solution sera très faible et le temps que nous pédalons, nous ne pourrions pas faire grand chose d’autre ! De même, nous pouvons mettre des biocarburants partout pour remplacer le pétrole, mais il n’y aura plus assez de surfaces agricoles pour les cultures alimentaires, avec de surcroît un effet négatif sur la qualité du sol et de l’eau.

L’EROEI est donc une donnée importante pour savoir si une source d’énergie est vraiment intéressante et soutenable dans la durée. Deux auteurs américains ont fait une synthèse d’une vingtaine de travaux existant sur l’EROEI. Le résultat est donné dans le schéma ci-dessous.

On le voit : l’énergie hydraulique a de très loin le meilleur EROEI de toutes les sources analysées ! Elle dépasse le charbon, qui est l’une des sources les plus polluantes de chaleur et d’électricité, mais aussi les hydrocarbures, le nucléaire et les autres énergies renouvelables (d’un facteur 10 à 20). La raison de ce remarquable taux de retour énergétique ? L’énergie hydraulique est simple à mettre en œuvre et utilise des matériaux robustes. Son génie civil, s’il est bien conçu, franchit sans problème les décennies, voire les siècles (comme en témoignent les 60.000 moulins encore présents sur nos rivières).

Il faut souligner que ce calcul concerne l’hydro-électricité continentale (fil de l’eau et retenue), et non pas l’hydraulique maritime. En effet, les dispositifs visant à exploiter l’énergie des mers (courant, houle, marées, etc.) ont un rendement inférieur (la plupart ne récupère que l’énergie cinétique), mais un coût d’installation, maintenance et démantèlement supérieur, ainsi qu’un coût notable de distribution (ligne HT à construire sur les côtes).  L’EROEI de l’hydraulique maritime serait donc plus faible, même si son potentiel total est plus important.

Source : Murphy DJ, Hall CAS (2010), EROI or energy return on (energy) invested, Ann NY Acad Sci, 1185, 102–118

Note : à juste titre, Davis Murphy et Charles Hall soulignent que l’EROEI reste un indicateur très peu utilisé par les pouvoirs publics et les décideurs en général, alors qu’il exprime le véritable rendement d’une énergie dans une logique de développement durable. Le calcul de l’EROEI n’est donc pas unifié à ce jour (ce qui ne change pas les ordres de grandeur indiqués ci-dessus). La non-prise en compte de l’EROEI  aboutit à subventionner des énergies qui ont un taux de retour nul ou très faible (par exemple le biocarburant à base de maïs, qui dépense autant de pétrole qu’il n’en économise). Ou à ignorer les énergies dont le développement devrait être prioritaire, ce qui est le cas de l’hydroélectricité.