Pico+ Family

La Pico+ family est une mini turbine hydroélectrique destinée à produire de l'énergie électrique à partir d'une petite chute d'eau. On a coutume de désigner ce type de machine sous l'appellation "pico-turbine".

La Pico+ family est une machine complète et autonome. La Pico+ family est construite en résine armée, imputrescible, au fort pouvoir glissant, et quasiment inusable. Ce matériau permet des formes très étudiées, assurant un excellent rendement. Toutes les pièces mécaniques (axe, visserie…) sont en acier inoxydable.

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Principe de fonctionnement de la Pico-turbine :

La Pico+ family nécessite la présence d'un cours d'eau naturel (ruisseau, rivière…) ou artificiel (canal d'irrigation, d'adduction…) offrant un débit et une dénivellation matérialisée sous la forme d'un seuil, d'une cascade, etc. En obligeant l'eau à passer à travers la Pico+ family, grâce à un aménagement minimaliste, on récupère l'énergie gravitationnelle de l'eau, qui cherche naturellement à s'écouler et donc à descendre en permanence.

La Pico+ family va transformer cette énergie gravitationnelle de l'eau en énergie mécanique (partie "turbine"), puis en énergie électrique (partie "alternateur").

L'énergie électrique produite par la Pico+ family est transportée, via le conducteur (câble électrique classique), sur le lieu de consommation final (habitation, éclairage extérieur, atelier, etc.).

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Caractéristiques de la pico-turbine :

• Débit nominal : 35 litres par seconde.
• Hauteur de chute : 1,50 mètre.
• Type hélice Kaplan à pas et distributeur fixes.
• Puissance : 300 Watt.
• Production sur 24 heures : 7,2 kWh.
• Tension : 230 Volt alternatif (possibles : 110 Volt alternatif ou 12 Volt continu).
• Fréquence : 50 Hertz (possibles : 60 Hertz – norme américaine, avec le 110 V – ou continu, en 12 V).
• Alternateur à aimants permanents.
• Système de régulation automatique et de sécurité intégrés dans la machine.
• Masse : environ 7 kg.
• Hauteur : 72cm.
• Distributeur et aspirateur fournis (également en résine armée).
• Nécessite une jupe de prolongement en PVC standard de 250 dont la longueur sera à adapter en fonction des caractéristiques du site.
• Fonctionnement optimal en position verticale. Peut fonctionner inclinée.

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Avantages de la pico-turbine :

• Machine standardisée permettant :
• une modularité exceptionnelle,
• un prix très attractif.
• Simplicité extrême (14 pièces ou sous-ensembles constituent l'intégralité de la machine.
• Utilisable directement et immédiatement sur une installation électrique, sans travaux, sans adjonction de coffret ou d'armoire électrique.
• S'installe facilement, sans génie civil lourd.

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Implantations de la pico-turbine :

En France, la situation idéale concerne le rééquipement ou la réhabilitation des anciens moulins (qui étaient plus de 60 000 répertoriés au début du XXème siècle). Dans certains cas (droit d'eau fondé en titre, moulin ayant toujours gardé une activité hydraulique – même modeste – etc.), il n'y a aucune autorisation à obtenir de l'Administration qui apprécierait, malgré tout, une note d'information.

Il est possible d'aménager complètement un site nouveau, avec prise d'eau (le "barrage"), usine hydroélectrique (la Pico+ family) et dérivation (le "canal d'amenée", et, éventuellement, le "canal de fuite"). Dans ce cas, comme dans le cas d'un moulin ayant perdu ses droits d'eau, il est nécessaire, en France, d'obtenir les autorisations administratives octroyées conjointement par la DDAE (Direction Départementale de l'Agriculture et de l'Equipement) et la Préfecture. Le dossier est lourd, complexe, coûteux, et les chances d'obtenir l'autorisation sont directement proportionnelles à la crédibilité du pétitionnaire et au sérieux des documents et pièces fournis… Les fédérations de pêche et, éventuellement, les organisations sportives (canoë, kayak, rafting, etc.) pèsent de tout leur poids dans les décisions finales (astuce : il peut être judicieux d'adhérer à ce type de fédération ou d'organisation, même provisoirement, et sans obligatoirement participer pleinement…).

En dehors de la France (pays où le bon sens et l'intelligence commencent à devenir des denrées rares, donc précieuses…), les autorisations sont beaucoup plus souples et faciles à obtenir, sans qu'il soit, pour autant, laissé une place au "n'importe quoi" (sauf dans les pays du Tiers-Monde où les implantations sont laissées à la conscience de chacun…). D'une façon générale, les instances dirigeantes de la plupart des pays ont compris les intérêts offerts par la production d'énergie renouvelable, même avec des puissances modestes, et par la décentralisation de ce type de production.

Calcadis ne saurait, en aucun cas, être tenu responsable de tout désagrément occasionné par la mise en place d'une Pico+ family qui ne bénéficierait pas de toutes les autorisations réglementaires… A chaque vente d'une ou plusieurs Pico+ family, Calcadis fera signer une décharge où sera stipulé que l'acquéreur à pris connaissance que l'implantation de ce type de produit est (ou peut être) soumis à autorisation, et que Calcadis, entreprise de droit privé, sans possibilité d'ingérence chez une entreprise tierce, un particulier ou une Administration, n'a pas le pouvoir de contrôler la régularité des éventuelles autorisations. Malgré tout, Calcadis se fera un plaisir de vous conseiller, de vous fournir tous les "tuyaux" (c'est le cas de le dire !), trucs, astuces et adresses utiles pour que vous puissiez sereinement mener à bien votre projet !

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Mise en œuvre de la pico-turbine :

Conçue à l’origine pour les pays en voie de développement, la Pico+ family sait s’adapter à n’importe quelle situation. Le principe de base pour mettre en œuvre les Pico+ family, reste le "système D"… En particulier, il faut chercher à réaliser l'installation la plus simple possible. Si vous commencez à raisonner dynamite, bulldozer, pelleteuse, toupies de béton, vous faites fausse route !

Génie civil :

Le génie civil est à considérer sous deux aspects :

1. Les travaux à réaliser pour amener l'eau à la turbine et pour évacuer l'eau en sortie de turbine.
2. Les équipements nécessaires pour implanter la turbine.

Travaux d'amenée et d'évacuation d'eau :

Si vous avez la chance de posséder un ancien moulin, respectez-le, et utilisez les éléments déjà en place. Dans le cas d'une implantation nouvelle, sachez vous adapter en respectant votre environnement. Parfois, de simples digues en terre, ou le creusement d'un petit fossé suivant une courbe niveau, suffisent à canaliser l'eau.

L'ouvrage primordial sera le système de dérivation de l'eau. Plusieurs possibilités :

1. Usine "au fil de l'eau" : un barrage coupe le cours d'eau naturel en son travers. La turbine Pico+ family est implantée directement sur l'ouvrage (ou en limite sur une berge). L'eau est captée en tête de barrage, et restituée juste en pied : le cours d'eau n'est pas "court-circuité". La hauteur de l'ouvrage détermine la hauteur de chute directement utilisable. Cette hauteur doit être compatible avec l'utilisation d'une ou plusieurs Pico+ family. Avantages : cours d'eau respecté au mieux, un seul ouvrage. Inconvénients : le barrage est obligatoirement de hauteur importante, il faut bien protéger la Pico+ family des crues, distance souvent importante entre le lieu de production d'électricité et le lieu de consommation (pertes électriques sur la ligne).
2. Usine avec "dérivation" : un barrage coupe le cours d'eau naturel en son travers, puis, sur une des deux berges, démarre un "canal de dérivation" qui amène l'eau sur le site d'implantation de la Pico+ family. En fonction du lieu d'implantation de la Pico+ family, la restitution peut se faire soit directement dans le cours d'eau, soit par l'intermédiaire d'un "canal de fuite". Le cours d'eau est "court-circuité" entre le barrage et le point de restitution de l'eau. La hauteur de chute brute se mesure entre la cote de la prise d'eau et la cote de la restitution. Des pertes de charges dues à l'écoulement naturel de l'eau dans le ou les canaux diminuent cette hauteur brute. Seule la hauteur de chute nette mesurée sur le lieu d'implantation de la Pico+ family est réellement utilisable. Avantages : le barrage peut être très peu volumineux, la topographie est utilisée au plus près, la Pico+ family est mieux protégée des crues, il est plus facile de faire concorder le lieu de production et le lieu de consommation. Inconvénients : cours d'eau plus abimé, davantage de travaux d'installation et d'entretien avec les canaux, perte de chute dans les canaux.
3. Implantations particulières sur des ouvrages artificiels ayant déjà, en soi, leur utilité, comme, par exemple, les canaux d'irrigation. L'ouvrage est alors à utiliser comme s'il s'agissait d'un cours d'eau naturel, sur lequel il convient d'adapter l'une des formules définies ci-dessus ("au fil de l'eau" ou avec "dérivation").

Pour les canaux d'amenée et/ou de fuite, la pente générale à appliquer est au maximum de 1 pour 1000 (10 mm de dénivellation pour 10 m de canal). A cette pente, l'eau adoptera une vitesse naturelle moyenne d'environ 1 m par seconde (valeur couramment considérée, à tort, comme optimale). Pour une Pico+ family installée seule (ou plusieurs Pico+ family placées en série, l'une derrière l'autre), on aurait donc une section de canal égale à 3,5 dm2, soit, par exemple, 35 cm de large pour 10 cm de hauteur noyée. L'expérience pratique et la logique prouvent qu'il vaut toujours mieux avoir un canal avec une section la plus importante possible, et donc un défilement de l'eau le plus lent possible. Par conséquent, les valeurs données ci-dessus doivent être prises comme une limite à ne vraiment pas dépasser, sous peine de voir l'installation fonctionner de façon incorrecte, voire ne pas fonctionner du tout. En gros, si vous en avez la possibilité, calibrez (pour une Pico+ family installée seule), par exemple, votre canal à 50 cm de large et 20 cm de hauteur noyée : vous serez sûr d'un excellent résultat. La pente naturelle du canal sera alors ramenée à 0,1225 pour 1000 (soit environ 1,2 mm de dénivellation pour 10 m de canal, ou 10 mm de dénivellation pour un peu plus de 80 m de canal). L'impératif absolu pour l'implantation d'une Pico+ family est la hauteur de chute de 1,50 m, à compléter, si possible, d'une petite marge pour la filtration de l'eau (voir plus loin).

Equipements pour l'implantation de la Pico+ family :

L'implantation d'une Pico+ family comporte trois éléments :

1. La filtration de l'eau.
2. La chambre d'eau.
3. Le bassin de fuite.

Ces trois éléments peuvent ne former qu'un ouvrage monobloc. Il est possible d'obtenir, soit sous forme de plans, soit sous forme de kit, un caisson en béton préfabriqué qui englobera l'ensemble de ces trois éléments.

Filtration de l'eau :

Dans n'importe quelle installation hydroélectrique, l'eau doit être débarrassée des éléments flottants ou en suspension qui pourraient endommager ou perturber les machines. Le système habituellement employé consiste en grilles métalliques constituées de barreaux parallèles. La Pico+ family n'échappe pas à la règle, et son fonctionnement ne peut être garanti qu'à la condition d'éliminer tous les éléments normalement présents (branches, feuilles, herbes, algues, poissons morts…) ou accidentels (pollutions diverses, comme les sacs en plastique, les canettes de bière et les bouchons des pêcheurs, etc.). La Pico+ family, petite machine extrêmement robuste, mais tournant néanmoins à 1000 t/mn, est très sensible à ces déchets pouvant passer par la roue. Il n'est pas possible de prendre le risque qu'un morceau de bois stoppe brutalement la rotation.

L'espacement entre les barreaux est déterminé par le type de machine et son diamètre. Pour les turbines Kaplan, on considère que l'espacement doit être inférieur ou égal au 1/30 du diamètre de la plus petite turbine de l'usine. Dans le cas de la Pico+ family, dont la roue mesure 160 mm de diamètre, l'espacement entre les barreaux sera d'environ 5 mm. La vitesse de défilement de l'eau entre les barreaux, pour cet espace si réduit, ne doit pas dépasser 30 cm/s. Pour une Pico+ family seule, la surface active cumulée du passage de l'eau devra donc être au moins égale à 12 dm2. Si vous utilisez des barreaux de 3 mm d'épaisseur, la surface totale du dispositif sera, au minimum, d'environ 19 dm².

Sur les grosses installations, une machine (le "dégrilleur") vient régulièrement racler les grilles pour évacuer les objets qui s'y sont plaqués, afin que l'eau puisse passer en continu. De telles machines, gourmandes en énergie, ne conviennent évidemment pas aux Pico+ family. Si votre cours d'eau est régulièrement propre, et si la surface totale de vos grilles est importante, vous pouvez vous contenter de "dégriller" à la main. Si vous pouvez disposer de 15 ou 20 cm de chute en plus de la hauteur de chute nominale de la ou des Pico+ family (1,50 m + 0,20 m, ou 3 m + 0,20 m, etc.), il est possible de créer un système de grilles autonettoyantes. Regardez le principe de fonctionnement sur le schéma ci-contre.

Note : une eau limoneuse est sans aucune incidence sur le fonctionnement, la maintenance ou la durée de vie de la Pico+ family. Il n'en va pas de même avec une eau qui charrie régulièrement du sable : il vous est conseillé, en ce cas, de créer, en amont de la Pico+ family, un bassin de décantation que vous curerez avant que le niveau du sable atteigne une cote où l'eau risque de le refaire transiter.

Chambre d'eau :

La chambre d'eau est le compartiment qui se remplit d'eau juste en amont de la turbine (généralement entre la vanne de garde – absente dans le cas de la Pico+ family – et la turbine). Là encore, le plus simple sera le mieux. En photo, vous avez une chambre d'eau constituée de quelques planches clouées (France, en et sur l'Aveyron, à quelques centaines de mètres de sa source), ou d'un vieux fût métallique de 210 l, "reconditionné" (Chili). Il est possible de faire quelque chose de moins "folklorique", avec des scellements maçonnés. C'est plus sécurisant, plus conventionnel, mais pas plus efficace !

Dimensionnez suffisamment cette chambre d'eau : une trentaine de cm d'eau au-dessus de la Pico+ family sont nécessaires pour éviter qu'un tourbillon ne se forme et n'envoie de l'air dans la turbine.

Bassin de fuite :

La Pico+ family est une turbine "à réaction", c'est-à-dire que l'action de l'eau se fait à deux niveaux : en amont, par pression (l'"action"), et en aval, par dépression (la "re-action"). Pour que l'efficacité soit réelle en aval, il est impératif que le tube de sortie de la Pico+ family ne désamorce pas. Pour cela, il faut que l'extrémité de ce tube trempe en permanence dans une réserve d'eau. Pour que la Pico+ family fonctionne correctement, il est encore impératif que l'écoulement sous cette extrémité de tube puisse se faire librement : laissez une cote suffisante sous ce tube.

Raccordement électrique :

Du sommet de l'ogive supérieure de la Pico+ family, il sort un câble électrique à trois conducteurs :

• un fil vert et jaune, à raccorder à la terre,
• un fil marron (ou noir, ou rouge, selon les fabricants et fournisseurs de composants électriques) correspondant à la phase,
• un fil bleu correspondant au neutre.

La Pico+ family se protège toute seule. Branchez donc les fils directement sur votre installation : il n'est pas nécessaire de prévoir des fusibles ou des disjoncteurs. Pour optimiser la sécurité, prévoyez de simples contacteurs permettant de séparer de votre réseau chaque Pico+ family (contacteurs bipôles : vous mettrez la phase sur un pôle, et le neutre sur l'autre).

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Remarques sur la pico-turbine:

L'énergie hydraulique, utilisée depuis plusieurs millénaires, est et reste l'énergie verte par excellence. Son image a été ternie par la construction d'ouvrages gigantesques, sans commune mesure avec la dimension humaine. S'il est vrai que de tels ouvrages ont un impact non négligeable sur l'environnement, il n'en reste pas moins vrai que ces impacts sont loin d'atteindre la nocivité pernicieuse et cachée des centrales nucléaires. Et la présence chez vous d'une ou plusieurs Pico+ family, machine de caractéristiques tellement modestes, n'aura jamais rien à voir avec une centrale de plusieurs Mégawatt, ayant englouti des vallées entières, détourné tout le cours de fleuves, modifié leur régime, etc. Si les "Anciens" avaient construit des petits barrages (les "chaussées") sur le cours de toutes les rivières, c'est pour de multiples raisons :

• Utilisation de la force motrice, bien sûr, avec tout ce que cela impliquait comme tissu social autour des activités ainsi engendrées (voir les excellents livres de Jean-Pierre-Henri Azéma).
• Irrigation.
• Limitation des impacts des crues. (Souvenez-vous de Vaison-la-Romaine : l'Ouvèze venait de subir la démolition, au bulldozer, de l'intégralité des petits barrages en amont… Un vrai chenal, droit comme le canon d'un fusil ! Au premier orage, la ville fut à moitié détruite, balayée par une masse d'eau canalisée que plus rien ne freinait ni ne divisait…).
• Limitation des impacts des étiages, chaque bief restant un écosystème bien vivant, grâce à l'eau retenue.
• Accroissement et maintien des nappes phréatiques.
• Viviers de poissons (anguilles, brochets, sandres, perches, chevennes… qui ont quasiment disparu) ou d'écrevisses (quasiment disparues aussi).

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