Brevet FR2865226A1 — publié le 20050722

La présente invention a pour but de faciliter l'implantation de barrages, sur des petits cours d'eau, en zones rurales de basses et moyennes montagnes, pour alimenter en eau des mini-turbines hydroélectriques. Ces installations peuvent constituer des unités de production locales autonomes, sur des sites éloignés d'un réseau de distribution d'électricité, notamment dans les pays en voie de développement. Elle permet également, dans les pays disposant d'un réseau de distribution important, de constituer des unités de production, couplées à ce réseau, utilisant le potentiel hydroélectrique des petits sites non exploités, dans le cadre de l'utilisation des énergies renouvelables, et de satisfaire le souhait d'autonomie des personnes disposant de sites particuliers tels que les propriétaires d'anciens moulins initialement équipés d'une roue à aube. Dans la plupart des cas il est nécessaire de créer ou d'accentuer une dénivellation, en construisant un petit barrage sur le cours d'eau afin d'alimenter le générateur hydroélectrique. Il faut aussi construire un local technique abritant ledit générateur ainsi que les appareillages de contrôles et de protections qui lui sont liés. Pour réaliser de telles installations il est nécessaire d'effectuer sur le terrain des travaux, faisant appel à des entreprises spécialisées pour chaque corps de métier, terrassement, gros oeuvre, hydraulique, électricité. La coordination de ces travaux et le déplacement d'équipes fournies par des entreprises souvent 2865226 -2- éloignées entraînent des dépenses importantes souvent dissuasives, par rapport à la rentabilité de l'installation. Le dispositif suivant l'invention, permet de remédier à ces inconvénients. En effet, l'utilisation de modules préfabriqués emboîtables les uns dans les autres permet de construire des petits barrages hydroélectriques prêt à fonctionner, en faisant appel sur le terrain uniquement à des moyens de manutention et de terrassement ne nécessitant pas une très grande technicité. D'autre part la modularité du dispositif permet de fabriquer en série et en usine, donc dans les meilleures conditions possibles, des éléments standards qui pourront s'adapter, ensuite aux différents cas rencontrés. Le cumul de ces deux avantages, fabrication en série en usine et facilité d'installation sur site, conduit à l'abaissement du coût global d'un projet conçu dans l'esprit de l'invention. Le module principal de production d'électricité regroupe dans une même structure, un élément de barrage, le turbo-générateur, l'équipement hydraulique et électrique. Des modules complémentaires permettent de constituer un barrage complet après assemblage sur site par des moyens habituels de scellement ou par brides et boulons par exemple. Le but de l'invention n'est pas de construire un barrage-réservoir de grande capacité, mais simplement de créer ou d'accentuer la dénivellation d'un cours d'eau ayant une vallée encaissée capable d'accepter cette dénivellation sans dommage pour l'environnement. Les particularités de l'invention apparaîtront dans les descriptions qui suivent, données à titre d'exemples avec les dessins annexés. 2865226 3 La figure 1 représente, en perspective éclatée, un exemple de barrage conçu dans l'esprit de l'invention; La figure 2 représente en coupe une forme possible d'un module de production d'électricité prééquipé ; La figure 3 représente une vue de face en coupe, d'une conception parmi d'autres, d'un petit barrage comportant au centre un module de production complété par un module d'accès, un module déversoir et un module d'extrémité ; La figure 4 représente une variante de la figure 3 montrant la possibilité d'associer plusieurs modules de production sur un même barrage; La figure 5 représente une vue de dessus de la figure 4 faisant apparaître la forme arquée, auto bloquante, du barrage terminé ; La figure 6 est une variante de la figure 2 montrant la possibilité 20 d'augmenter la hauteur du barrage, donc l'énergie potentielle, par l'adjonction de modules de rehaussement; La figure 7 est une autre variante des figures 2 montrant la possibilité d'utiliser le relief du terrain pour augmenter la hauteur du barrage; La figure 8 montre la possibilité d'équiper le module déversoir d'une rampe de franchissement du barrage pour les poissons; La figure 9 montre une façon, parmi d'autres, d'assembler les modules 30 entre eux. 2865226 -4- En référence à la figure 1 le dispositif comprend un module principal de production 1, de forme tubulaire à section sensiblement trapézoïdale ouverte à ses deux extrémités, qui détermine deux compartiments superposés, le compartiment supérieur faisant office de collecteur d'eau légèrement plus haut du coté amont que du coté aval. Ledit module est pré- équipé, de tout ou partie, des tuyaux 6, 7, 8 et 9, sur lesquels viennent se raccorder les équipements hydrauliques. Les deux compartiments du module de production 1 sont fermés d'un coté par le module d'extrémité 3. Une grille 10 posée sur le dessus dudit module, pour permettre à l'eau d'entrer dans le collecteur, est légèrement en pente du coté de l'aval pour éviter de retenir des éléments flottants qui pourraient la colmater. Ce dispositif peut être amélioré par un dispositif de dégrillage connu. Un module d'accès 2 de même section que le module 1, ouvert à sa partie supérieure, ferme l'autre coté dudit collecteur d'eau et est lui-même fermé, en totalité du côté opposé au module de production 1, par un module de fermeture 3. Ledit module d'accès 2 est normalement surélevé par un module de rehaussement 4a, pour mettre l'entrée hors d'eau, et comporte des échelons 11 qui constituent une échelle d'accès. Un couvercle 5 muni d'une trappe mobile 5a ferme la partie supérieure. Si besoin, des modules de rehaussement complémentaires 4b et 4c sont installés pour augmenter la hauteur du barrage. Ces modules de rehaussement ont une forme tubulaire dont la section correspond à la partie supérieure des modules de base 1 et 2 et sont munis d'un dispositif d'emboîtement male et femelle sur les faces d'appuis. Les modules de base 1 et 2 sont munis sur leur face latérale avant d'un emboîtement femelle (la) (2a) et sur leur face latérale arrière d'un emboîtement male complémentaire pour faciliter leur juxtaposition. Les parties supérieures desdits modules comportent des rainures (26a) (26) facilitant la mise en place de modules de rehaussement 4b et 4c munis d'emboîtements males (27a) et (27b). 2865226 -5- Le module d'extrémité 3 porte sur une face un emboîtement male et sur l'autre face un emboîtement femelle, complémentaires de ceux prévus sur les modules de base 1 et 2 ce qui permet de l'utiliser indifféremment pour fermer l'une ou l'autre des extrémités du barrage. La figure 2, montre en coupe le module de production 1. A la partie supérieure le compartiment 12, fermé sur le dessus par la grille 10, fait office de collecteur d'eau pour alimenter la turbine lorsque l'assemblage des autres modules est fait. L'excédent de débit passe par-dessus l'ensemble et retombe, en aval, dans le cours d'eau. Le compartiment inférieur 13 constitue le local technique dans lequel se trouve le turboalternateur 14, dont l'entrée amont est alimentée en eau par la canalisation 6a et 6b. L'extrémité de cette dernière, munie d'une crépine 15, débouche dans le collecteur d'eau 12. Une vanne 16, manuelle ou motorisée, permet d'arrêter ou de contrôler le fonctionnement de la turbine 14. L'eau sortant de ladite turbine est renvoyée dans le cours d'eau par la canalisation 9 qui traverse la paroi du module 1, à sa partie basse aval. Une mesure préliminaire du débit permet, compte tenu de la hauteur possible du barrage installé, de déterminer les caractéristiques du turbo-alternateur à prévoir pour produire l'énergie électrique maximale par module de production. Le dispositif représenté par la figure 3 montre une façon d'obtenir un barrage complet en plaçant, d'un coté du module de production 1, entièrement pré-équipé des appareillages hydrauliques et électriques, un module d'accès 2 et de l'autre coté un module déversoir 17. Les deux extrémités sont fermées par un module de fermeture 3. Si le module déversoir 17 n'est pas nécessaire, le module de fermeture 3 peut être accolé au module de production 1. Le module d'accès 2, rehaussé par le module 4a pour être toujours hors d'eau, est fermé par le couvercle 5 et la trappe 5a. Ledit module comporte à l'intérieur une échelle 11 qui permet de descendre dans le local technique 13 du barrage. 2865226 6 Le module déversoir 17, de même section que les modules 1 et 2, fermé par un module de fermeture 3, forme à sa partie basse 18 un prolongement du local technique 13, et à sa partie haute un compartiment 19 de section rectangulaire, qui permet éventuellement de détourner tout ou partie du débit pour maintenir le niveau du cours d'eau à un niveau satisfaisant. A cet effet ledit module est muni de glissières 21a et 21b et d'une vanne guillotine 20 du commerce. Le module de production 1 est muni d'une vidange permettant le nettoyage périodique du collecteur d'eau 12. Ladite vidange est constituée d'une canalisation 7a, débouchant au plus bas du collecteur d'eau 12, d'une canalisation 7b débouchant à travers la partie basse aval du module 1, et d'une vanne d'arrêt 22. Cette vidange permet de faire communiquer directement le collecteur d'eau 12 avec l'aval du barrage, par l'intermédiaire des canalisations 7a, 7b en ouvrant la vanne 22 manuellement ou automatiquement à l'aide d'une horloge par exemple. Pour faciliter le nettoyage deux glissières 23a et 23b permettent de placer une plaque pour arrêter l'entrée de l'eau. Dans certains cas on pourra prévoir une vanne standard du commerce. Une armoire 24 renferme tous les équipements électriques de contrôles et de protections nécessaires au fonctionnement de l'installation. La figure 4 représente une variante de la figure 3 montrant l'insertion d'un deuxième module de production lb entre le premier module la et le module d'accès 2, ce qui permet avec une même hauteur de barrage de doubler la production d'énergie électrique si le débit du cours d'eau est suffisant. Ce dispositif est particulièrement intéressant pour mieux utiliser l'énergie hydraulique sur un cours d'eau sujet à d'importantes variations de débit. En effet, pendant les périodes de fort débit les deux turbines 14a et 14b seront productives. Par contre, le débit d'étiage réparti entre lesdites turbines sera insuffisant pour les faire fonctionner normalement et la production d'énergie sera pratiquement nulle. Il est alors préférable d'arrêter la turbine 14b en fermant la vanne 16b, pour que la totalité du débit passe dans la turbine 14a qui pourra ainsi produire sa puissance nominale, soit la moitié de l'énergie maximale de l'installation. Le fonctionnement peut être facilement automatisé, en remplaçant la vanne manuelle 16b par une vanne motorisée asservie à une mesure de débit ou à une mesure de la hauteur d'eau dans le collecteur 12. 2865226 7 La figure 5, qui représente la figure 4 vue de dessus, montre la forme arquée du barrage assemblé. Dans ce but les faces latérales des différents modules ne sont pas parallèles pour obtenir après assemblage une forme convexe vers l'amont et provoquer ainsi, sous la pression de l'eau, un auto blocage desdits modules entre eux et de l'ensemble contre les rives 25a et 25b. La figure 6 représente une première variante de la figure 2 montrant, d'une part un moyen d'augmenter la hauteur du barrage par la superposition du module de rehaussement 4b sur le module de production 1 et du module de rehaussement 4c sur le module d'accès 2. Les arêtes 27a et 27b des modules de rehaussement 4 sont scellées dans les rainures 26a et 26b des modules de base constituant le barrage. Pour faciliter l'alignement des modules et améliorer l'ancrage du barrage dans le sol, la base desdits modules est munie d'une encoche 28 qui vient se placer sur une poutre en béton 29 préalablement construite dans le sol 30 à l'emplacement prévu. La figure 7 représente une seconde variante de la figure 2 montrant un moyen simple d'augmenter la hauteur effective du barrage, en profitant d'une 20 dénivellation du terrain 30 pour prolonger la canalisation de sortie 9 le long de la pente par un tuyau 9a. La figure 8 montre une possibilité d'installation, sur le module déversoir 17, d'une gouttière inclinée 32 ouverte à ses deux extrémités, de section rectangulaire par exemple, pour permettre aux poissons migrateurs de franchir le barrage. Le haut de la gouttière 32 vient se placer facilement dans les glissières 31 à la place de la vanne par exemple. La figure 9 représente une façon parmi d'autres de fixation des modules entre eux, si l'on ne veut pas faire de scellement. Les faces d'appui de chaque module comportent des rainures 33a et 33b dans lesquelles est comprimé un 2865226 8 joint 34 pour assurer l'étanchéité. Le serrage est fait par des pattes 35a, 35b, 35c et 35d scellées dans les modules, des tiges filetées 36a, 36b et les écrous 37a et 37b. L'invention n'est pas limitée aux formes décrites et se prête à de nombreuses variantes conformes à son esprit. En particulier la forme et la nature des différents éléments. On peut aussi concevoir un dispositif se rapprochant de ceux décrits ci-dessus, mais en les disposant différemment. Toutes ces modifications restent dans le cadre des moyens principaux de l'invention. Le dispositif, suivant l'invention, est particulièrement destiné à faciliter l'implantation de petits barrages hydroélectriques sur des cours d'eaux, en zones rurales de basses et moyennes montagnes, pour constituer des unités de production d'énergie électrique, autonomes ou couplées à un réseau, dans le cadre de l'utilisation des énergies renouvelables. REVENDICATIONS 1. Barrage hydroélectrique préfabriqué permettant d'implanter facilement sur un cours d'eau des unités de production d'énergie électrique de petite puissance, autonomes ou raccordées à un réseau de distribution, pour utiliser l'énergie renouvelable hydraulique de sites non exploités en zones rurales et dans les pays en voie de développement, caractérisé en ce qu'il comporte différents modules fonctionnels (1) (2) (3) (4) et (5) construits en atelier et assemblés sur le terrain par scellement ou par tout autre moyen, le nombre de modules étant fonction des ressources hydrauliques du site. 2. Barrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs modules de production (1) présentant une forme tubulaire de section sensiblement trapézoïdale dont la grande base porte sur le sol tandis que la petite base constitue le fond d'un collecteur d'eau (12) surmonté d'une grille (10), par dessus laquelle passe l'excédent de débit, et à sa partie inférieure un compartiment technique étanche (13). 3. Barrage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des modules de production (1) est pré-équipé de tout ou partie des éléments électriques et hydrauliques nécessaires à son fonctionnement, tel qu'un turbo-générateur (14), une crépine (15) d'entrée d'eau, une vanne d'arrêt (16), des canalisations (6a), (6b) et (9) qui assurent la circulation de l'eau vers l'aval après qu'elle ait traversé la turbine, et une armoire électrique (24). 4. Barrage selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que au moins un des modules de production (1) est pré-équipé d'un circuit de nettoyage permettant de faire communiquer directement 2865226 10- le collecteur d'eau (12) avec l'aval du barrage, par l'intermédiaire des canalisations (7a) et (7b), en ouvrant la vanne (22) manuellement ou automatiquement à l'aide d'une horloge par exemple. 5. Barrage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un module d'accès (2), de même forme que le module de production (1), qui ferme un coté du collecteur d'eau (12) dudit module de production (1), et dont la petite base largement ouverte est prolongée par un ou plusieurs modules de rehaussement (4a) pour mettre l'entrée toujours hors d'eau, ledit module de rehaussement (4a) étant lui-même fermé par un couvercle (5) muni d'une trappe mobile d'accès (5a) et d'une échelle (11) permettant d'accéder au compartiment technique étanche (13) du ou des modules de production (1). 6. Barrage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un module déversoir (17), de même forme que le module de production (1) qui ferme l'autre coté du collecteur d'eau (12), mais dont la petite base forme le fond du compartiment (19), pour offrir un passage au cours d'eau à un niveau inférieur à celui du collecteur d'eau (12), ledit module déversoir (17) pouvant être plus ou moins obturé par une vanne (20) coulissant dans les glissières (2la) et (21b). 7. Barrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un module de fermeture (3), constitué d'une plaque pleine ayant la même forme sensiblement trapézoïdale que les modules de base (1) (2) et (17), qui peut fermer indifféremment l'extrémité du module d'accès (2), du module déversoir (17) ou celle du module de production (1) si le barrage ne comporte pas de module déversoir. 2865226 -11- 8. Barrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces latérales des modules (1) (2) (3) et (17) comportent des parties males et des parties femelles complémentaires permettant l'emboîtement des modules entre eux pour en faciliter l'assemblage sur le terrain. 9. Barrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois latérales de chacun des modules (1) (2) et (17) ne sont pas parallèles de façon à former, après assemblage, une structure convexe vers l'amont et autobloquante sous la pression de l'eau, pour bloquer les modules entre eux et l'ensemble contre les rives (25a) et (25b) du cours d'eau. 10. Barrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les modules qui le composent sont rehaussés par des modules complémentaires (4b) et (4c) fixés sur le dessus pour augmenter la hauteur d'eau effective, donc l'énergie hydraulique disponible pour un débit identique, si le site le permet. 11. Barrage selon la revendication 10, caractérisé en ce que les modules de rehaussement (4) comportent à l'avant et à l'arrière de leur face supérieure des partie femelles (26c) (26d) et sur leur face inférieure de parties males (27a) (27b) qui viennent s'emboîter dans les rainures (26a) 26b) prévues sur le dessus, à l'avant et à l'arrière, des modules de base (1) (2) et (17) pour faciliter l'empilement. 12. Barrage selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que sa hauteur effective est augmentée par l'adjonction, coté aval, de tuyaux (9a) dans le prolongement du tuyau de sortie (9) de chaque 30 module de production, en profitant d'une dénivellation du terrain (30). 2865226 - 12- 13. Barrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modules qui le constituent, comportent à leur base des encoches (28) encastrées sur une poutre (29), préalablement coulée en béton par exemple, pour faciliter l'alignement desdits modules et l'ancrage de l'ensemble dans le sol (30). 14. Barrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt (16) d'un ou de plusieurs des modules de production (1) est une vanne motorisée, commandée automatiquement par un automate à partir d'une mesure de débit du cours d'eau ou de la hauteur d'eau dans le collecteur (12), pour maintenir à un régime normal de fonctionnement le ou les autres modules de production (1) en cas de diminution importante du débit d'eau et vice versa. 15. Barrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module déversoir (17) est équipé d'une gouttière inclinée (32) ouverte à ses deux extrémités, de section rectangulaire par exemple, dont l'extrémité supérieure munie de pattes (31), est fixée dans les glissières (21) pour former une rampe permettant aux poissons de remonter le cours d'eau. 16. Barrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modules qui le composent sont munis, à leur périphérie, de pattes scellées (35a) (35b) (35c) (35d), et sur leurs faces d'appuis de rainures (33a) (33b) dans lesquelles est placé un joint souple, en néoprène par exemple, qui est comprimé au cours de l'assemblage par le serrage des boulons (36a) (36b) et des écrous (37a) et (37b).