Les caractéristiques spécifiques au groupe turboalternateur VLH le rendent particulièrement respectueux des populations piscicoles. Etant conscients de cet avantage, nous avons centré la conception mécanique et hydraulique de la VLH sur une optimisation de ces caractéristiques intrinsèques.
Ainsi, dès le début du développement par le Pr. Kueny de l’INPG (cf. partenaires professionnels) du profil hydraulique de la roue et du distributeur, les critères ichtyophiles ont été optimisés et introduits de façon à leur donner un degré de priorité par rapport aux performances énergétiques pures.
Nous avons donc identifié et quantifié des critères objectifs permettant de définir le mode d’utilisation et l’emplacement pouvant rendre une turbine hydroélectrique inoffensive envers les différentes espèces de poisson. Nous avons à cet effet utilisé des études scientifiques existantes, plus particulièrement celles menées par le Département de l’Energie des Etats-Unis (Idaho National Engineering and Environmental Laboratory), ayant défini une liste de critères susceptibles de qualifier le degré d’inoffensivité d’une turbine envers les poissons.
A la fin de l’étude CFD, les valeurs des critères obtenus par le groupe turbogénérateur VLH ont été comparées à celles retenues par le laboratoire.
Pour résumer, le tableau ci-après oppose les plages de critères retenues aux valeurs correspondantes à la VLH, obtenues par simulation CFD.
| Critère | Acceptabilité | Valeurs VLH |
|---|---|---|
| Vitesse en périphérie de pale | de 6 à 12 m/s | 4.5 à 8 m/s |
| Pression minimum mesurée | 69 kPa | 94 kPa |
| Variation maximum de pression | 550 kPa/s | 80 kPa/s |
| Variation maximum de vitesse | 180 m/s/m | 10 m/s/m |
| Espacement maximum entre les pales et le manteau de roue | 2.0 mm | 4.5 mm |
Le turbogénérateur VLH ne satisfait pas ce dernier critère. Cependant, la recherche d’un espace minimum entre les pales et le manteau de roue ne se justifie que dans la mesure où les vitesses de rotation de la roue est élevée et que les poissons ne peuvent plus utiliser leur pouvoir directionnel. Celui-ci dépend principalement de la vitesse de nage par rapport à la vitesse d’écoulement dans la machine. En outre, la nouvelle conception hydraulique mise en œuvre à partir de la fin d’année 2009 incorpore un manteau de roue et un moyeu de forme sphérique, qui permettent de diminuer l’espacement en extrémité de pale et de le maintenir constant quelque soit l’angle d’ouverture des pales.
Il convient de rappeler que la vitesse de franchissement d’une pale dans la turbine VLH test, dans le cas du prototype de Millau, est de 1,85 m/s au débit maximum. Cette vitesse est plus que doublée dans la machine du laboratoire de l’IDAHO (> 4 m/s). Dans ces conditions particulières, un poisson qui se laisse entraîner dans le conduit hydraulique ne peut que suivre les filets fluides, son déplacement lui étant imposé. S’il se trouve à proximité de la paroi du manteau de roue, il aura beaucoup plus de difficultés pour s’en éloigner que dans le cas du groupe turbogénérateur VLH. D’où l’importance relative du critère de jeu entre pales et le manteau. Les tests de passage sur poissons vivants ont démontré la pertinence de cette hypothèse (voir les tests d’Ichtyophilie).
L’analyse des critères d’Ichtyophilie montre que la turbine VLH est, d’un point de vue qualitatif, bien en dessous des valeurs maximales considérées comme acceptables (sauf pour le critère d’espacement en bout de pale).
Cette étude et ses conclusions ont été intégrées à la demande d’autorisation administrative pour le site de démonstration de Millau. Elles ont été acceptées par les administrations consultées. Suite aux tests de dévalaison réalisés sur place (voir tests d’Ichtyophilie) le site de Millau est définitivement exempté de dispositif de dévalaison et de grilles fines.
Les tests conduits postérieurement ont prouvé le très faible impact de la VLH sur les migrateurs halieutiques. (voir tests d’Ichtyophilie)
Une des caractéristiques fondamentales de la VLH est son caractère respectueux de l’environnement.
La VLH étant entièrement submergée, son impact visuel et sonore est très faible, ce qui facilite son utilisation dans des environnements urbains comme dans le cas du site de démonstration située au cœur de la ville de Millau, à proximité immédiate d’habitations et d’un camping.
Cependant, la caractéristique principale de l’impact environnemental de la VLH réside dans sa très faible influence sur la migration des poissons.
Cette caractéristique très spécifique nous a conduit à adopter un néologisme capable de résumer le concept en un seul mot : Ichtyophilie. Le néologisme a été déposé et il est désormais utilisé pour résumer la capacité de la VLH à permettre la migration des poissons au travers de ses pales en mouvement.
De par son diamètre important, la roue dispose de grands espaces entre ses directrices et entre ses pales, ce qui permet aisément le passage de l’ensemble des espèces piscicoles présentes dans la rivière. Par ailleurs, la vitesse de rotation de la roue est très faible (< 40 tr/min) et la vitesse d’écoulement de l’eau à l’intérieur de la roue reste inférieure à 2 m/s (une vitesse comparable à celle d’un poisson pendant son passage). De plus, le conduit hydraulique est caractérisé par de très faibles variations de pression.
Toutes ces données objectives ont permis l’obtention d’une autorisation, via notre site de démonstration de Millau, visant à s’affranchir de l’installation de dispositifs de protection (grilles fines, flux de vidange, etc.) empêchant la dévalaison au travers de la turbine.
Des études et des tests sous supervision scientifique ont été conduits en collaboration avec l’Office National de l’Eau et des Milieux Aquatiques (ONEMA) sur le site de démonstration de Millau, puis sur le site de Frouard sur la Moselle et enfin à La Glacière encore à Millau, afin de confirmer la capacité de dévalaison du groupe turbogénérateur VLH.
Les excellents résultats obtenus placent la VLH en position de leader parmi les turbines testées à ce jour. Des tests ont également permis des modifications sur la VLH visant à améliorer ses performances dans ce domaine.
6 campagnes de tests sur poissons vivants ont étés conduites pour démontrer le caractère ichtyophile de la VLH et son faible impact sur la mortalité de poissons traversant le groupe en fonctionnement pendant leur migration en aval, en avril 2007 (smolts), décembre 2007-janvier 2008 (anguilles), février 2008 (smolts), octobre 2010 (anguilles), mai 2013 (petites et grandes truites), juin 2013 (petites et grandes carpes).
Octobre 2010, test de passage d’anguilles vivantes dans le groupe de Frouard sur la Moselle
Après une première série de tests sur des anguilles vivantes réalisées en 2008, des résultats remarquables ont été obtenus, mais certaines améliorations possibles de la conception de la VLH ont été identifiés et devraient permettre d’améliorer encore ces résultats. Un second test a été réalisé en 2010 sur une VLH de 3ème génération afin d’évaluer son impact final sur la migration des anguilles.
La centrale hydroélectrique de Frouard est située sur la Moselle. Ce projet a été décrit dans notre Newsletter n°9.
La centrale comprend un groupe VLH DN4500 de 400 kW sous une chute de 2,5 m.
Cette VLH de dernière génération est dotée d’un manteau de roue de forme sphérique au niveau de la transition entre le cône d’entrée et le manteau de roue proprement dit.
Comme dans les premiers essais Millau, une première série de tests destinés à essayer l’équipement et le protocole scientifique a été effectuée en Juin 2010.
Une fois le matériel testé, les tests officiels ont été menés au mois d’Octobre.
Le dispositif d’injection en plusieurs points ainsi que le dispositif de récupération sont très proches de ceux utilisés lors des premiers tests réalisés en 2008 à Millau sur la VLH de Troussy.
Les anguilles sont directement introduites dans la VLH à l’amont immédiat des directrices par un tube en PVC de Ø 200 mm. Le point d’injection peut être déplacé le long du rayon du distributeur. 4 points différents ont été utilisés à Frouard.
Le dispositif de récupération est identique à celui de Millau.
Ces 2èmes tests ont fait l’objet d’une concertation internationale. Un comité Scientifique a été formé, intégrant les meilleurs spécialistes du franchissement de turbines hydroélectriques français, issus de l’ONEMA, mais également des scientifiques Allemands et Belges. De plus, une équipe de spécialistes Polonais et des membres de la commission internationale de protection de la Meuse et de la Sarre (CIPMS) ont également assisté aux tests.
244 anguilles ont été pêchées en Allemagne, puis acheminées sur le site de Frouard où elles ont été placées en stabulation, alimentées par l’eau de la Moselle. Les paramètres des eaux de stockage tels que la température ou le taux d’oxygène dissous y étaient contrôlés.
Après mesure et inspection de chaque spécimen, les anguilles sont réparties en lots et introduites à la main dans le dispositif d’injection.
Elles sont ensuite récupérées dans la nasse installée dans le ponton flottant raccordé à la sortie du filet de récupération.
Les spécimens récupérés sont ensuite examinés puis remis en stabulation, en observation durant 48 h.
Bilan des tests: A l’issue des tests et des 48 h d’observation, aucune mortalité n’a été observée sur les 200 anguilles injectées au total.
Le taux de survie est donc de 100%
La VLH démontre ainsi qu’hydroélectricité n’est pas incompatible avec protection de la faune halieutique.
Afin de simuler la dévalaison des salmonidés (saumons, truites de mer, truites arc-en-ciel) dans leur stade juvénile ou adulte (saumoneaux pour le saumon), nous avons utilisé un échantillon de 700 truites dont la taille varie entre 20 cm et plus de 75 cm pour les plus grandes. Le test a été réalisé sur la dernière VLH mise en service installée à Millau sur le Tarn, dans le sud de la France. Le protocole de test est similaire à celui utilisé auparavant pour les anguilles et les saumons. Il comprend 3 points d’injection différents sur le rayon de la turbine (intérieur, milieu et extérieur).
Au cours de ces tests, trois degrés d’ouverture des lames ont été testés pour chacun des points d’injection 50%, 75% et la pleine ouverture à 100%.
Synthèse des résultats des tests (voir tests d’Ichtyophilie rapport de tests La Glacière)
Le taux de mortalité des poissons testés sur la VLH DN5000 avec moyeu sphérique installé à la Glacière sur la Tarn sont les suivants:
Sur la base de ces résultats uniques et exceptionnels, la VLH sera la 1ére turbine hydroélectrique qualifiée d’Ichtyophile par l’administration française.
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