Bachelorarbeit Lorenz Hemmerle

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Diplomé
Lorenz Hemmerle
Professeur
Philippe Heller
Experts
Gabriel Romailler, Stéphane Giroud
Discipline
Hydraulique environnementale
Jahr
2012
Partenaires
e-dric.ch, ingénieurs conseils, Le Mont–sur–Lausanne;
ISSKA, Institut Suisse de Spéléologie et de Karstologie,
La Chaux-de-Fonds
Développement d’une minicentrale hydroélectrique
Minicentrale hydroélectrique sur les sources de Fontannet de la Mothe
Ce projet s'intéresse au développement d'une minicentrale électrique au pied du Jura. Parmi les trois variantes étudiées, celle retenue capte les eaux aux exutoires pour les amener et les turbiner séparément dans la centrale.

Dans le but de promouvoir les énergies renouvelables, la Confédération garantit le rachat de l’énergie électrique pendant 25 ans après la mise en service de nouvelles installations de minicentrales, à un prix supérieur à celui du marché. Cette mesure a permis à de nombreux sites d’être rentables. Celui de Fontannet de la Mothe, situé au pied du Jura, sous le village de Sainte-Croix, est jugé relativement intéressant par le canton de Vaud.
La source jaillit en rive gauche environ 40 m au-dessus de l’Arnon. Au bénéfice d’un bassin versant souterrain karstique très important d’environ 35 km2, les débits de la source, avec ses quatre exutoires, sont estimés à 1500, 800 et 200 l/s pour des durées respectives de 100, 180 et 347 jours par an. Un nouveau projet doit être défini sur ce site et doit tenir compte de différents aspects, notamment l’intégration paysagère et l’environnement. La difficulté du projet tient à son caractère théorique (multitude de variantes possibles) autant que pratique (énergie, hydraulique, construction souterraine). Ce projet requiert du candidat qu’il explore les ­facteurs énergétiques, constructifs et économiques.

Démarche
Une première formation au sein de l’Institut Suisse de Spéléologie et de Karstologie (ISSKA) a mené à la découverte du contexte géologique du site. Une seconde formation au bureau ­e-dric.ch a permis de comprendre la modélisation hydrologique. Les précipitations enregistrées par les stations de mesures de Météo Suisse ont été introduites dès le départ dans ce modèle, qui représente le bassin d’alimentation des sources de Fontannet de La Mothe. Les valeurs obtenues par la modélisation sont traitées dans un fichier Excel, dont il résulte des courbes de débits classés. La Loi sur la protection des eaux (LEaux) prescrit des valeurs pour le débit résiduel. Il s’agit d’un débit qui doit s’écouler librement lorsqu’on effectue un prélèvement dans un cours d’eau naturel. On le soustrait donc de la courbe des débits classés pour obtenir une courbe des débits utiles. L’analyse de cette courbe permet de définir le débit équipé, soit le débit pour lequel la turbine est dimensionnée. Le débit équipé est choisi pour chaque exutoire de manière à ce que la production d’électricité soit optimale.

Étude des variantes et résultats
Une étude des variantes est menée dans le but d’exploiter le potentiel optimal du site. Les variantes étudiées se différencient par leur mode de fonctionnement: la première capte les eaux directement aux exutoires pour les amener et les turbiner séparément dans la centrale. La seconde relie les eaux des différents exutoires par pompage. Une conduite forcée amène ensuite l’ensemble des eaux à la centrale pour les turbiner. La troisième variante utilise le turbinage en cascade. L’emploi d’un tabulateur Excel permet de tenir compte des divers paramètres (pertes de charges, consommation d’électricité d’une pompe, rendement, etc.) et de comparer la production annuelle des variantes. Le coût de construction est estimé dans le but d’évaluer les variantes en regard du ratio productivité/ investissement. Les critères de complexité et l’impact sur l’environnement pendant la phase de construction ont également influencé le choix de la variante, et c’est la première qui a été retenue. Une analyse approfondie de cette variante a montré que d’un point de vue économique, l’exploitation de deux exutoires n’était pas justifiable. Le projet optimisé permet une production d’électricité annuelle de 1,05 GWh. Le prix de construction est estimé à 2,58 millions de francs.
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