DEMANDE D AUTORISATION 3 MEMOIRE TECHNIQUE BUREAU D ETUDES TECHNIQUES EQUIPEMENT RURAL ET URBAIN Allée de l Autan Tél : +33 (0)5 61 84 71 52 ZA Les Landes Fax : +33 (0)5 61 84 39 98 F-31850 MONDOUZIL E mail : beteru@free.fr Site Web : www.beteru.fr
CALCUL DES PUISSANCES CARACTERISTIQUES ADMINISTRATIVES 1 Puissance Maximum Brute (PMB) L Article R. 214-72 du code de l environnement précise que la puissance maximale brute hydraulique est calculée à partir du débit maximal de la dérivation et de la hauteur de chute maximale. On aura donc : PMB (kw) = g x QE (m 3 /s) x HB PMB = 9,81 x 62 x 2,12 PMB = 1 289 kw 2 Puissance Maximum Disponible (PMD) On considère cette fois les pertes de charge, le débit maximal sous la hauteur de chute maximale et le rendement de l'installation à pleine puissance. D'où : PMD (kw) = p x g x QE x HN PMD = 0,75 x 9,81 x 62 x 2,07 PMD = 944 kw 3 Puissance Normale Brute Le débit moyen utilisé n'est pas en général le débit moyen ou module du cours d'eau. Il faudra tenir compte des déversements des débits excédentaires et des débits réservés à l'aval de la prise d'eau. Nous déduisons la courbe des débits utilisables de la courbe des débits classés. On peut déterminer le volume d'eau ainsi utilisé annuellement (V). Le débit moyen dérivé "q" sera égal à : V 1385 000 000 q 43,92 m 365 86 400 365 86 400 En considérant la hauteur de chute brute, on aura donc : 3 /s PNB = g x q (m 3 /s) x HB PNB = 9,81 x 43,92 x 2,12 PNB = 913 kw Demande d autorisation 03 Mémoire technique II
4 Puissance Normale Disponible (PND) Les variations de chute et les rendements de l'appareillage sont ici pris en considération. PND = p x g x q (m 3 / s) x h PND = 0,75 x 9,81 x 43,92 x 2,07 PND = 669 kw 5 L'énergie théorique annuelle (E) L'énergie théorique annuelle en kwh sera égale à : E = PND x 8 760 heures E = 669 x 8 760 E = 5 859 329 kwh Demande d autorisation 03 Mémoire technique III
MEMOIRE TECHNIQUE Demande d autorisation 03 Mémoire technique 1
SOMMAIRE MEMOIRE TECHNIQUE 1. OBJET DU PRESENT DOSSIER... 3 2. DESCRIPTION DU SITE ET DE L AMENAGEMENT EXISTANT... 4 2.1 - IMPLANTATION... 4 2.2 - DESCRIPTIF DES OUVRAGES EXISTANTS... 4 2.2.1 - Barrage... 4 2.2.2 - Principales caractéristiques de l usine existante... 4 3. ETUDE HYDROLOGIQUE... 5 3.1 - STATION DE MESURE... 5 3.2 - BASSIN VERSANT A LA PRISE D'EAU... 8 3.3 - ESTIMATION DES DEBITS A LA PRISE D'EAU... 8 3.4 - DEBITS CLASSES... 9 3.5 - DEBIT RESERVE... 13 3.6 - ELEMENTS CONCERNANT LES CRUES... 14 4. DESCRIPTION DES OUVRAGES PROJETES... 16 4.1 - CARACTERISTIQUES GENERALES DU PROJET... 16 4.1.1 - Caractéristiques de la nouvelle usine... 16 4.1.2 - Caractéristiques du projet global... 17 4.2 - L OUVRAGE DE PRISE DE LA NOUVELLE USINE... 17 4.3 - L USINE ET SON GENIE CIVIL... 18 4.3.1 - Le génie civil... 18 4.3.2 - Le canal de fuite... 19 4.3.3 - Equipement hydromécanique... 19 4.4 - PASSE A POISSONS ET DEVALAISON... 19 4.4.1 - Passe à poissons... 19 4.4.1 - Dévalaison... 24 4.5 - CHEMIN PREFERENTIEL POUR LES LOUTRES... 27 4.6 - RACCORDEMENT AU RESEAU EDF... 27 5. FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION... 27 6. PRODUCTION DE L'AMENAGEMENT... 28 Demande d autorisation 03 Mémoire technique 2
1. OBJET DU PRESENT DOSSIER Ce dossier a été constitué en vue d'un dépôt de demande d'autorisation Préfectorale, conformément aux articles R214-6 et R214-72 du code de l environnement, pour la réalisation de l aménagement hydroélectrique du Moulin de Cessac. La rivière concernée est le Lot. La centrale hydroélectrique du Moulin de Cessac est située sur la rive droite du Lot, en aval immédiat du pont de la ville de Douelle. La production d énergie actuelle de cet ouvrage est assuré par deux turbines de type Kaplan. Le projet consiste à agrandir l usine hydroélectrique. Le bâtiment adjacent à la centrale, qui abritait anciennement le logement du gardien sera détruit. Il sera créé à la place une nouvelle usine hydroélectrique. De plus, il sera mis en place en entre les deux usines une passe à poissons permettant aussi la remontée des anguilles et un dispositif de dévalaison. Une écluse est présente en rive gauche. Celle-ci est actuellement en fonctionnement, ce qui permet aux bateaux de franchir le seuil du Moulin de Cessac. Par conséquent cet aménagement est en accord avec le programme de remise en navigation du Lot mis en place par le Conseil Général du Lot. Nous décrirons, dans cette partie, les divers ouvrages précédemment cités et donnerons leurs principales caractéristiques. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 3
2. DESCRIPTION DU SITE ET DE L AMENAGEMENT EXISTANT 2.1 - Implantation L aménagement hydroélectrique du Moulin de Cessac est localisé sur la commune de Douelle dans le département du Lot. Il se situe en rive droite du barrage existant de Douelle sur la rivière Lot. Ce barrage est référencé au PK 144,6 du profil en long du Lot dressé par l IGN et ayant pour origine la confluence avec la Garonne. 2.2 - Descriptif des ouvrages existants 2.2.1 - Barrage Le barrage de Douelle a une longueur d environ 175 m et une hauteur d environ 4 m audessus du terrain naturel. La crête du seuil fixe est à la cote 104,07 m NGF. Cet ouvrage est en place depuis de nombreuses années et ne sera pas modifié. Une écluse est présente en rive gauche de ce seuil. Celle-ci est actuellement en fonction. En rive gauche du barrage se trouve aussi le canal d amené du moulin de La Pique. Ce Moulin n est pas équipé actuellement pour produire de l hydroélectricité. Toutefois, il est toujours fondé en titre et un débit devra lui être réservé (3,9 m 3 /s) dès lors qu il sera remis en état de fonctionnement. 2.2.2 - Principales caractéristiques de l usine existante L aménagement existant a été autorisé le 16 décembre 1964 par arrêté préfectoral à utiliser les eaux du Lot dans le but de produire de l hydroélectricité pour une période de 75 ans. L aménagement existant a les caractéristiques suivantes : Cote de retenue normale 104,08 m NGF Cote de rejet au débit d équipement 102 m NGF Hauteur de chute brute maximale 2,08 m Débit maximum dérivé 26 m 3 /s Puissance maximale brute 565 kw Nombre de turbines 2 Type de turbines Kaplan Débit réservé 3,37 m 3 /s Mode de gestion Fil de l'eau Demande d autorisation 03 Mémoire technique 4
3. ETUDE HYDROLOGIQUE 3.1 - Station de mesure Il existe deux stations de mesures du débit du Lot, proches de la commune de Douelle. Elles sont situées toutes les deux sur la commune de Cahors qui est à environ 6 km en aval de la centrale hydroélectrique du Moulin de Cessac. Les caractéristiques de ces deux stations sont les suivantes : Cahors Cahors (Lacombe) Cours d eau Lot Lot Altitude du zéro de l échelle 112 m NGF 125 m NGF Période connue 1960-1999 2001-2011 Débit moyen sur la période 145 m 3 /s 116,0 m 3 /s Surface de bassin versant 9 170 km 2 9 170 km 2 Zone hydrographique O8231510 O8231530 Ces stations sont suffisamment proches du site de Douelle pour constituer une bonne source de renseignements quant à l'hydrologie du Lot. La station de Cahors Lacombe recense les débits du Lot de 2001 à 2011, alors que celle de Cahors recense une période de relevés plus importante soit de 1960 à 1999 (certaines années sont incomplètes cf. débits classés). On peut remarquer que le module de ces deux stations, qui sont situées dans la même ville est très différent et il dépend fortement de la période concernée. Une étude hydrologique étant plus représentative sur de longues périodes, nous reposerons notre analyse sur les relevés de débits moyens journaliers de ces deux stations de Cahors. Par le biais de la BANQUE HYDRO gérée par le Ministère de l Ecologie et du Développement Durable, nous disposons des années de relevés pour la période allant de 1960 à 1999 et de 2001 à 2011. Nous joignons en pages suivantes la fiche de synthèse des deux stations que nous nous sommes procurés auprès de la BANQUE HYDRO. Ces fiches de synthèse indiquent notamment la répartition des débits moyens sur l'année moyenne. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 5
LE LOT à CAHORS Code station : O8231510 Bassin versant : 9170 km² Producteur : EDF E-mail : DTG-DEMANDE-DONNEES-HYDRO@edf.fr SYNTHESE : données hydrologiques de synthèse (1960-1999) Calculées le 04/09/2012 - Intervalle de confiance : 95 % écoulements mensuels (naturels) données calculées sur 40 ans janv. fév. mars avr. mai juin juil. août sept. oct. nov. déc. Année Débits (m3/s) 234.0 # 253.0 # 202.0 # 196.0 # 161.0 # 98.20 # 47.10 # 30.80 # 50.20 # 104.0 # 148.0 # 223.0 # 145.0 Qsp (l/s/km2) 25.5 # 27.6 # 22.0 # 21.3 # 17.6 # 10.7 # 5.1 # 3.4 # 5.5 # 11.3 # 16.1 # 24.3 # 15.8 Lame d'eau (mm) 68 # 69 # 58 # 55 # 47 # 27 # 13 # 8 # 14 # 30 # 41 # 65 # 500 Qsp : débits spécifiques Codes de validité : - (espace) : valeur bonne -! : valeur reconstituée par le gestionnaire et jugée bonne - # : valeur estimée (mesurée ou reconstituée) que le gestionnaire juge incertaine modules interannuels ( loi de Gauss - septembre à août ) données calculées sur 40 ans module (moyenne) fréquence quinquennale sèche médiane quinquennale humide 145.0 [ 136.0;154.0 ] débits (m3/s) 120.0 [ 100.0;130.0 ] 150.0 [ 120.0;170.0 ] 170.0 [ 160.0;180.0 ] basses eaux ( loi de Galton - janvier à décembre ) données calculées sur 40 ans fréquence VCN3 (m3/s) VCN10 (m3/s) QMNA (m3/s) biennale 12.00 [ 10.00;14.00 ] 15.00 [ 13.00;18.00 ] 23.00 [ 20.00;27.00 ] quinquennale sèche 7.700 [ 6.300;9.000 ] 10.00 [ 8.400;12.00 ] 15.00 [ 12.00;17.00 ] crues ( loi de Gumbel - septembre à août ) données calculées sur 38 ans fréquence QJ (m3/s) QIX (m3/s) biennale 910.0 [ 820.0;1000. ] 1000. [ 940.0;1200. ] quinquennale 1300. [ 1200.;1500. ] 1500. [ 1300.;1700. ] décennale 1500. [ 1400.;1800. ] 1700. [ 1600.;2000. ] vicennale 1800. [ 1600.;2200. ] 2000. [ 1800.;2400. ] cinquantennale 2100. [ 1800.;2600. ] 2300. [ 2100.;2800. ] centennale non calculé non calculé maximums connus (par la banque HYDRO) hauteur maximale instantanée (cm) débit instantané maximal (m3/s) 1640. 1 janvier 1994 00:00 débit journalier maximal (m3/s) 3280. 15 décembre 1981 débits classés données calculées sur 13766 jours fréquence 0.99 0.98 0.95 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.02 0.01 débit (m3/s) 690.0 580.0 430.0 325.0 235.0 181.0 141.0 109.0 80.50 55.80 36.50 22.00 15.50 10.50 7.540 10-09-2012 http://hydro.eaufrance.fr/ - Page 1/1
LE LOT à CAHORS [LACOMBE] Code station : O8231530 Bassin versant : 9170 km² Producteur : DREAL Midi-Pyrénées E-mail : hydrometrie.dreal-midi-pyrenees@developpement-durable.gouv.fr SYNTHESE : données hydrologiques de synthèse (2001-2012) Calculées le 04/09/2012 - Intervalle de confiance : 95 % écoulements mensuels (naturels) données calculées sur 12 ans janv. fév. mars avr. mai juin juil. août sept. oct. nov. déc. Année Débits (m3/s) 214.0 # 188.0 # 181.0 # 170.0 # 140.0 # 78.90 # 42.20 # 24.70 # 27.20 # 43.40 # 100.0 # 183.0 # 116.0 Qsp (l/s/km2) 23.3 # 20.5 # 19.8 # 18.5 # 15.3 # 8.6 # 4.6 # 2.7 # 3.0 # 4.7 # 10.9 # 19.9 # 12.6 Lame d'eau (mm) 62 # 51 # 52 # 47 # 40 # 22 # 12 # 7 # 7 # 12 # 28 # 53 # 399 Qsp : débits spécifiques Codes de validité : - (espace) : valeur bonne -! : valeur reconstituée par le gestionnaire et jugée bonne - # : valeur estimée (mesurée ou reconstituée) que le gestionnaire juge incertaine modules interannuels ( loi de Gauss - septembre à août ) données calculées sur 12 ans module (moyenne) fréquence quinquennale sèche médiane quinquennale humide 116.0 [ 95.50;136.0 ] débits (m3/s) 86.00 [ 58.00;110.0 ] 120.0 [ 85.00;170.0 ] 150.0 [ 130.0;170.0 ] basses eaux ( loi de Galton - janvier à décembre ) données calculées sur 12 ans fréquence VCN3 (m3/s) VCN10 (m3/s) QMNA (m3/s) biennale 15.00 [ 13.00;16.00 ] 16.00 [ 14.00;18.00 ] 22.00 [ 19.00;25.00 ] quinquennale sèche 13.00 [ 11.00;14.00 ] 14.00 [ 12.00;15.00 ] 17.00 [ 14.00;20.00 ] crues ( loi de Gumbel - septembre à août ) données calculées sur 9 ans fréquence QJ (m3/s) QIX (m3/s) biennale 820.0 [ 590.0;1200. ] 1000. [ 710.0;1500. ] quinquennale 1300. [ 1000.;2000. ] 1700. [ 1300.;2700. ] décennale 1600. [ 1300.;2600. ] 2100. [ 1700.;3500. ] vicennale 1900. [ 1500.;3200. ] 2600. [ 2000.;4300. ] cinquantennale non calculé [ ; centennale non calculé non calculé maximums connus (par la banque HYDRO) hauteur maximale instantanée (mm) 6820 5 décembre 2003 00:27 débit instantané maximal (m3/s) 4260. # 5 décembre 2003 00:27 débit journalier maximal (m3/s) 2830. # 5 décembre 2003 débits classés données calculées sur 4258 jours fréquence 0.99 0.98 0.95 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.02 0.01 débit (m3/s) 592.0 494.0 352.0 271.0 188.0 134.0 96.00 67.60 48.80 34.60 25.70 18.80 16.40 14.70 13.50 10-09-2012 http://hydro.eaufrance.fr/ - Page 1/1
Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Annuel 3.2 - Bassin versant à la prise d'eau On peut remarquer qu il existe un cours d eau (ruisseau de Flotte) qui se déverse entre le projet et la station choisie. Afin de tenir compte de ce débit supplémentaire, il faut appliquer aux débits relevés à la station de mesures de Cahors, un coefficient de pondération. Ce coefficient sera déterminé par le rapport des bassins versants et donné par la formule suivante : Surface BV Douelle PBV Surface BV Cahors Cependant, compte tenu de la proximité (environ 6 km) des deux sites et de la similitude de leurs bassins versants (tant que par leur orientation, leur altitude, que par leur végétation) et, compte tenu de l importante superficie du bassin versant à la station de cahors soit 9 170 km 2, on peut alors estimer que le coefficient de bassin versant est égal à 1. Par conséquent, les débits au niveau de l aménagement du Moulin de Cessac sont les même que ceux relevés à la station de mesures. 3.3 - Estimation des débits à la prise d'eau Le tableau suivant donne l'estimation des débits moyens mensuels à la prise d'eau de la centrale hydroélectrique du Moulin de Cessac sur le Lot à partir des données des deux stations. Débits à Douelle (m 3 /s) 227 228,7 202,1 187,6 150,9 89,4 45,7 28,1 39,2 74,9 127 205,2 134 Demande d autorisation 03 Mémoire technique 8
Pour les besoins de cette étude, nous nous sommes donc procurés auprès de la BANQUE HYDRO, gérée par le Ministère de l'écologie et du développement durable, les débits moyens journaliers de 1960 à 2010. Nous tenons à souligner que les données fournies par la Banque Hydro concernant les années 1966, 1967, 1985, 1986, 1987, 1990 et 1999 étant incomplètes, nous ne les avons pas prises en considération. 3.4 - Débits classés L'analyse des débits moyens journaliers sur la période de 1960 à 2010 a permis d établir une corrélation entre les débits et leur durée d apparition. Les années incomplètes et non fiables n ont pas été prises en compte. Nous obtenons ainsi les courbes de débits classés que nous joignons en pages suivantes. Ces courbes ont été établies pour les périodes suivantes : ETE : du mois d avril au mois d octobre, HIVER : du mois de novembre au mois de mars, ETE + HIVER : année entière. Ces courbes nous permettent de connaître pour chaque débit, le nombre de jours pris en compte ainsi que, de procéder au calcul des productions annuelles en partant des valeurs journalières. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 9
Débits en m3/s Courbe des débits classés pour la période d'ete + HIVER Situation géographique: Station hydrographique consultée:... CAHORS Lieu prévu pour le projet:... CESSAC Cours d'eau:... LE LOT Données utilisées dans les calculs: Altitude à la prise d'eau:... 104,07 m NGF Surface du bassin versant à la prise d'eau:.... 9170,00 Km² Pondération du bassin versant:... 1,00 Débit réservé:... 7,25 m³/s Années de relevés utilisés: 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1982, 1983, 1984, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Jours Résultats obtenus: Débit moyen sur la période été + hiver:.... 133,57 m³/s Volume d'eau moyen sur la période été + hiver:..... 4212211,11 milliers de m³ NOTA: Cette courbe tient compte de l'abattement du débit réservé Demande d autorisation 03 Mémoire technique 10
Débits en m3/s Courbe des débits classés pour la période d'été Situation géographique: Station hydrographique consultée:... CAHORS Lieu prévu pour le projet:... CESSAC Cours d'eau:... LE LOT Données utilisées dans les calculs: Altitude à la prise d'eau:... 104,07 m NGF Surface du bassin versant à la prise d'eau:.... 9170,00 Km² Pondération du bassin versant:... 1,00 Débit réservé:... 7,25 m³/s Années de relevés utilisés: 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1982, 1983, 1984, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 1000 15 14 900 13 800 12 11 700 10 600 9 8 500 7 400 6 5 300 4 200 3 2 100 1 0 1 20 21 40 4160 8061 100 81120 140 101 160 121 180 141 200 Jours Résultats obtenus: Débit moyen sur la période estivale :.... 84,93 m³/s Volume d'eau moyen sur la période estivale :..... 1570340,62 milliers de m³ NOTA: Cette courbe tient compte de l'abattement du débit réservé Demande d autorisation 03 Mémoire technique 11
Débits en m3/s Courbe des débits classés pour la période d'hiver Situation géographique: Station hydrographique consultée:... CAHORS Lieu prévu pour le projet:... CESSAC Cours d'eau:... LE LOT Données utilisées dans les calculs: Altitude à la prise d'eau:... 104,07 m NGF Surface du bassin versant à la prise d'eau:.... 9170,00 Km² Pondération du bassin versant:... 1,00 Débit réservé:... 7,25 m³/s Années de relevés utilisés: 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1982, 1983, 1984, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Jours Résultats obtenus: Débit moyen sur la période hivernale :.... 202,50 m³/s Volume d'eau moyen sur la période hivernale :..... 2641870,50 milliers de m³ NOTA: Cette courbe tient compte de l'abattement du débit réservé Demande d autorisation 03 Mémoire technique 12
3.5 - Débit réservé Le débit réservé sera pris en compte conformément à l article L214-18 du code de l environnement qui définit dans son premier paragraphe les obligations envers le respect d un débit minimal : «Tout ouvrage à construire dans le lit d'un cours d'eau doit comporter des dispositifs maintenant dans ce lit un débit minimal garantissant en permanence la vie, la circulation et la reproduction des espèces vivant dans les eaux au moment de l'installation de l'ouvrage ainsi que, le cas échéant, des dispositifs empêchant la pénétration du poisson dans les canaux d'amenée et de fuite. Ce débit minimal ne doit pas être inférieur au dixième du module du cours d'eau en aval immédiat ou au droit de l'ouvrage correspondant au débit moyen interannuel, évalué à partir des informations disponibles portant sur une période minimale de cinq années, ou au débit à l'amont immédiat de l'ouvrage, si celui-ci est inférieur. Pour les cours d'eau ou parties de cours d'eau dont le module est supérieur à 80 mètres cubes par seconde, ou pour les ouvrages qui contribuent, par leur capacité de modulation, à la production d'électricité en période de pointe de consommation et dont la liste est fixée par décret en Conseil d'etat pris après avis du Conseil supérieur de l'énergie, ce débit minimal ne doit pas être inférieur au vingtième du module du cours d'eau en aval immédiat ou au droit de l'ouvrage évalué dans les mêmes conditions ou au débit à l'amont immédiat de l'ouvrage, si celui-ci est inférieur. Toutefois, pour les cours d'eau ou sections de cours d'eau présentant un fonctionnement atypique rendant non pertinente la fixation d'un débit minimal dans les conditions prévues cidessus, le débit minimal peut être fixé à une valeur inférieure.» Pour déterminer le débit réservé nous nous baserons sur le module fourni par la station des mesures de Cahors estimé sur la période de 1960 à 1999 qui est de 145 m 3 /s. Cette valeur est supérieure à la moyenne estimée sur la deuxième station disponible, celle de Cahors Lacombe. Pour des modules supérieurs à 80 m 3 /s, le code de l environnement prévoit le respect d un débit minimal égal au 1/20 ème du module, ce qui donnerait, dans ce cas, un débit minimal de 7,25 m 3 /s pour ce projet. D après l étude hydrobiologique réalisée par le cabinet Asconit, cette valeur est compatible avec le maintien de la continuité écologique. Ce débit réservé se déversera à l aval immédiat de la prise d eau par les ouvrages suivants : - Passe à poissons 0,73 m 3 /s - Dévalaisons 3,12 m 3 /s - Surverse sur barrage 3,4 m 3 /s (soit une lame d eau de 5 cm) Demande d autorisation 03 Mémoire technique 13
3.6 - Eléments concernant les crues Pour représenter les débits exceptionnels du cours d'eau, nous avons appliqué aux valeurs de crues instantanées relevées aux stations limnigraphiques de Cahors, la loi de GUMBEL. Les valeurs de crues à Cahors nous ont été fournies par la BANQUE HYDRO. Nous en avons tiré les valeurs suivantes avec leurs temps de retour : T (années) Q (m 3 /s) Q2 Q5 Q10 Q20 Q50 Q100 1 114 1 906 2 430 2 933 3 584 4 072 Nous joignons en page suivante le graphe représentant notre calcul de fréquence de retour des crues en fonction de la loi de Gumbel. Toutefois, il convient de rester prudent car en fonction de la période étudiée, nous nous apercevons que les valeurs de crue varient considérablement. En effet, d'après les fiches de synthèse fournie par la BANQUE HYDRO qui donnent les valeurs de crue pour une période de retour allant jusqu'à la crue cinquantennale, on se rend compte que les valeurs que nous avons calculées tendent à être supérieures à celles de la BANQUE HYDRO. La BANQUE HYDRO donne les valeurs de crues suivantes aux deux stations de Cahors : T (années) STATION CAHORS (m 3 /s) STATION LACOMBE (Cahors) (m 3 /s) Q2 Q5 Q10 Q20 Q50 1 000 1 500 1 700 2 000 2 300 1 000 1 700 2 100 2 600 Non calculé Ces valeurs apparaissent sur les fiches de synthèse, précédemment jointes, des stations de Cahors fournies par la BANQUE HYDRO. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 14
Débit (m3/s) Fréquence de retour des Crues - Loi de Gumbel 4500 4250 4000 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0-1.5-0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Variable réduite : y Qmax T=5 ans T=10 ans T=20 ans T=50 ans T=100 ans Droite Gumbel Demande d autorisation 03 Mémoire technique 15
4. DESCRIPTION DES OUVRAGES PROJETES 4.1 - Caractéristiques générales du projet Le projet, conçu par le maître d ouvrage, consiste d une part à agrandir la centrale hydroélectrique du Moulin de Cessac en construisant une usine annexe à celle déjà existante et en l équipant d une troisième turbine et d autre part, à réaliser des ouvrages de franchissement pour la faune piscicole. L ensemble des bâtiments devant le moulin existant sera démoli pour permettre la construction de la nouvelle usine. Afin de diminuer l emprise de l usine en cas de crue, le nouveau bâtiment sera décalé de l existant de 4 m. L usine sera constituée des différents équipements suivants : Génie civil (chambres d eau, aspirateur, canal de fuite), Équipement hydromécanique (turbine, multiplicateur de vitesse), Equipements électriques (génératrice, transformateur, condensateurs, armoires de régulation, de commande et de puissance). Par ailleurs, les aménagements hydromécaniques de l usine existante seront optimisés afin de pouvoir augmenter la production de cet ouvrage. Le débit maximum dérivé passera de 26 à 32 m 3 /s. De plus, le projet vise à mettre l aménagement en conformité environnementale, puisqu il est prévu de diminuer à 2 cm l espacement inter-barreaux du champ de grilles existant et de réaliser les ouvrages de franchissement suivants : Passe à poissons Ouvrages de dévalaison L ensemble de ces ouvrages est défini sur les plans joints dans la partie «6 Plans sommaires des ouvrages» de ce dossier. 4.1.1 - Caractéristiques de la nouvelle usine L aménagement projet aura les caractéristiques suivantes : Débit maximum dérivé 30 m 3 /s Puissance maximale brute 624 kw Nombre de turbines 1 Type de turbine Kaplan Mode de gestion Fil de l'eau Demande d autorisation 03 Mémoire technique 16
4.1.2 - Caractéristiques du projet global L usine hydroélectrique du Moulin de Cessac, après réalisation de l agrandissement, aura les caractéristiques suivantes : Cote de retenue normale 104,12 m NGF Cote de rejet en étiage 102 m NGF Cote de rejet au débit d équipement 102 m NGF Hauteur de chute brute maximale 2,12 m Pertes de charge estimées 0,05 m Hauteur de chute nette au débit d équipement 2,07 m Débit maximum dérivé 62 m 3 /s Puissance maximale brute 1 289 kw Nombre de turbines 3 Type de turbine Kaplan Espacement des grilles 2 cm Débit réservé 7,25 m 3 /s - Passe à poissons 0,73 m 3 /s - Dévalaisons 3,12 m 3 /s - Surverse sur le barrage 3,4 m 3 /s Mode de gestion Fil de l'eau 4.2 - L ouvrage de prise de la nouvelle usine L ouvrage de prise de la nouvelle usine est composé essentiellement : D un champ de grilles de protection incliné a 26 par rapport au radier et formée de barreaux d entraxe 20 mm D une vanne permettant l isolement du groupe, D un dégrilleur automatique prolongé d un canal de défeuillage D un ouvrage de dévalaison Demande d autorisation 03 Mémoire technique 17
4.3 - L usine et son génie civil Elle sera implantée en rive droite du Lot. Elle devra permettre l installation de tout le matériel hydraulique et électrique nécessaire à son fonctionnement. L ouvrage comprendra : Une chambre d eau, le cône de la turbine, le génie civil de l aspirateur, une entrée d eau et un canal de fuite terrassés dans la berge existante, le local pour les divers équipements électriques situé à l abri de crue, soit à la cote 111,20 m NGF. 4.3.1 - Le génie civil La chambre d eau La chambre d eau sera réalisée de façon à permettre une bonne alimentation du groupe. Elle devra permettre l installation d une turbine Kaplan. Les aspirateur Cet ouvrage a pour but de récupérer l énergie résiduelle à la sortie de la turbine. Il sera réalisé en béton armé. Le bâtiment La structure sera composée de murs et portiques en béton armé sur lesquels reposera la charpente. L isolation phonique du bâtiment sera assurée par la structure même des murs en béton armé et, au niveau de la toiture, par du Placoplatre et de la laine de verre dense. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 18
4.3.2 - Le canal de fuite Le canal présent en sortie de l aspirateur et totalement immergé, sert de jonction entre l extrémité de l aspirateurs et le rejet en rivière. Les berges de ce canal seront protégées par des enrochements. 4.3.3 - Equipement hydromécanique Turbine Elle aura les caractéristiques suivantes : - Type : Kaplan à axe vertical - Diamètre roue : 3.10 m - Débit : 30 m³/s 4.4 - Passe à poissons et dévalaison Ces ouvrages ont été conçus en prenant en compte, dans la mesure du possible, les avis techniques de Madame Begaud de la DDT 46 et de Monsieur Chanseau de l ONEMA (réunion du 23/04/2013 et avis 25/02/2014) 4.4.1 - Passe à poissons Cet ouvrage sera créé en rive droite du Lot, entre les deux usines, il permettra la remontée de la faune piscicole sur la rivière. Le placement de la passe à poissons entre les deux usines a pour objectif d améliorer son attractivité. En effet, le débit turbiné par chacune des centrales servira de débit d attrait à la passe à poissons. Cette passe à poissons sera de type «à bassins successifs et à fentes verticales» sans pelle et à granulométrie de fond. Ce type de passe est adaptée à la majorité des espèces piscicoles dont l anguille et permet notamment un bon fonctionnement sur les rivières où il existe des grandes variations de niveau d eau. L'entrée de cette passe à poissons sera positionnée à proximité de la sortie des aspirateurs des turbines. Cela, afin de profiter du débit transitant par les turbines comme débit d'attrait supplémentaire. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 19
Cette passe à poissons aura les caractéristiques principales suivantes : Débit minimum :... 0,73 m 3 /s Nombre de bassins :... 10 Chute entre bassins :... < 0,25 m Caractéristiques des bassins : Largeur moyenne :... 2,65 m Longueur moyenne :... 3,80 m Radier :... granulométrie de fond La modélisation du fonctionnement de cet ouvrage aux débits caractéristiques, soit étiage, module et 2 module est jointe en pages suivantes. Cet ouvrage est défini sur les plans joints dans la partie «6 Plans sommaires des ouvrages» de ce dossier. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 20
PREDIMENSIONNEMENT DE LA PASSE A POISSONS A FENTE VERTICALE ( Calcul au module ) Débit dans la passe : 0.95 N Bassin Niveau d'eau (m NGF) Côte Moy. radier (m NGF) Largeur fente Cote fente Charge d'eau sur fente Profondeur moyenne Largeur bassin Longueur bassin Volume bassin (m 2 ) Puissance dissipée (watt/m 3 ) Chute Bief amont 3 4 5 6 103.06 7 102.82 8 102.57 Bief aval 104.50 1 104.26 2 9 104.02 103.78 103.54 103.30 102.32 102.07 102.82 102.70 102.46 102.22 101.98 101.74 101.50 101.27 101.05 100.92 0.40 102.82 0.40 102.58 0.40 102.34 0.40 102.10 0.40 101.86 0.40 101.62 0.40 0.40 0.40 0.55 101.38 101.17 100.92 100.92 1.68 1.68 1.68 1.68 1.68 1.68 1.68 1.65 1.65 1.40 1.68 2.65 1.55 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.56 2.65 3.80 15.75 142.03 1.55 1.52 2.65 2.65 3.80 3.80 15.58 15.35 143.59 151.74 1.40 2.65 6.59 24.45 95.31 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.25 0.25 0.25 Demande d autorisation 03 Mémoire technique 21
PREDIMENSIONNEMENT DE LA PASSE A POISSONS A FENTE VERTICALE ( Vérification à l'étiage) Débit dans la passe : 0.73 N Bassin Bief amont Niveau d'eau (m NGF) Côte Moy radier (m NGF) (m NGF) 2 103.66 102.46 3 103.43 102.22 4 103.21 5 102.99 101.98 101.74 6 102.77 101.50 7 102.57 101.27 8 102.36 101.05 Bief aval 104.13 102.50 1 103.89 102.70 9 102.17 100.92 102.00 Largeur fente 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.55 Cote fente Charge d'eau sur fente 102.82 1.31 102.58 1.32 102.34 1.32 102.10 1.34 101.86 1.35 101.62 1.37 101.38 1.40 101.17 1.40 100.92 1.44 100.92 1.25 Profondeur moyenne Largeur bassin Longueur bassin 1.63 2.65 1.55 Volume bassin (m 2 ) Puissance dissipée (watt/m 3 ) 1.20 2.65 3.80 12.05 138.91 1.20 2.65 3.80 12.13 136.60 1.22 2.65 3.80 12.25 133.55 1.23 2.65 3.80 12.40 129.93 1.25 2.65 3.80 12.60 125.03 1.28 2.65 3.80 12.87 118.91 1.30 2.65 3.80 13.05 112.38 1.32 2.65 3.80 13.28 110.73 1.25 2.65 6.59 21.84 63.21 Chute 0.2337 0.2314 0.2284 0.2250 0.2200 0.2136 0.2048 0.2053 0.1928 0.1710 Demande d autorisation 03 Mémoire technique 22
PREDIMENSIONNEMENT DE LA PASSE A POISSONS A FENTE VERTICALE ( Vérification à Q35 ) Débit dans la passe : 1.12 N Bassin Niveau d'eau (m NGF) Côte Moy. radier (m NGF) Largeur fente Cote fente Charge d'eau sur fente Profondeur moyenne Largeur bassin Longueur bassin Volume bassin (m 2 ) Puissance dissipée (watt/m 3 ) Bief 104.81 102.50 2.31 2.65 1.55 amont 0.40 102.82 2.00 0.24 1 104.58 102.70 1.88 2.65 3.80 18.93 138.12 0.40 102.58 2.00 0.24 2 104.34 102.46 1.88 2.65 3.80 18.96 137.66 0.40 102.34 2.00 0.24 3 104.10 102.22 1.89 2.65 3.80 18.99 137.09 0.40 102.10 2.01 0.24 4 103.87 101.98 1.89 2.65 3.80 19.02 136.41 0.40 101.86 2.01 0.24 5 103.63 101.74 1.89 2.65 3.80 19.07 135.55 0.40 101.62 2.01 0.23 6 103.40 101.50 1.90 2.65 3.80 19.13 134.50 0.40 101.38 2.02 0.23 7 103.16 101.27 1.89 2.65 3.80 19.03 134.43 0.40 101.17 1.99 0.24 8 102.92 101.05 1.88 2.65 3.80 18.92 138.89 0.40 100.92 2.00 0.24 9 102.69 100.92 1.77 2.65 6.59 30.88 83.82 0.55 100.92 1.77 0.19 Bief aval 102.50 Chute Demande d autorisation 03 Mémoire technique 23
4.4.1 - Dévalaison Ouvrages de dévalaison de l usine existante L usine existante sera équipée de deux canaux de dévalaison, puisque pour des raisons de stabilité, la pile au milieu de l entrée d eau ne peut être modifiée. Le canal qui sera mis en place du côté gauche de l entrée d eau se rejettera directement dans le bief aval. Celui qui sera construit du côté droit se rejettera dans une fosse qui garantira un matelas d eau d environ 70 cm pour la bonne réception des poissons. Cette fosse sera prolongée par un autre canal qui guidera le poisson vers le bief aval. Un matelas d eau d au minimum 1 m sera présent en sortie de cet ouvrage de dévalaison. Caractéristiques des canaux (au niveau des grilles) Ces deux canaux auront les caractéristiques suivantes : - Débit par canal :... 0,81 m 3 /s - Pente :... 0,10 % - Largeur partie amont :... 0,75 m - Largeur partie aval :... 1,20 m - Hauteur d eau à l étiage :... 0,71 m - Vitesse d eau à l étiage :... 0,95 m/s Caractéristiques du canal (juxtaposé à la passe à poissons) - Pente :... 2 % - Largeur :... 0,70 m - Débit :... 0,81 m 3 /s - Hauteur d eau :... 0,30 m - Vitesse :... 3,70 m/s Fonctionnement des clapets Les canaux seront équipés chacun d un clapet permettant de réguler leur débit d alimentation. Ces ouvrages sont utiles au bon fonctionnement de ces aménagements de dévalaison. En effet, ils permettent de réguler le débit d alimentation et la vitesse de l eau dans les canaux, puisque le niveau amont varie en fonction du débit du Lot (induit par la présence du seuil fixe). Demande d autorisation 03 Mémoire technique 24
Ils fonctionneront de la façon suivante : - Hauteur du clapet à l étiage :... 0,20 m, ce qui correspond au socle d ancrage - Hauteur du clapet au module :... 0,61 m - Hauteur du clapet à Q35 :... 0,92 m Dimensions du champ de grilles - Largeur du champ de grilles :... 12,4 m - Hauteur des grilles immergées :. 3,15 m - Débit transité :... 32 m 3 /s - Distance entre barreaux :... 20 mm - Inclinaison :... 26 - Va :... 0,82 m/s - Vn :... 0,36 m/s - Vt :... 0,74 m/s - Vg :... 0,57 m/s Dimensions des exutoires : Les deux canaux de dévalaison seront équipés chacun de deux exutoires. Ils auront tous des dimensions identiques. - Ve = 1,2 Vt =... 0,89 m/s - Hauteur d eau :... 0,50 m - Largeur exutoire amont :... 1,14 m - Largeur exutoire aval :... 0,67 m Ouvrage de dévalaison de l usine projetée L usine projetée sera équipée d un seul canal de dévalaison. Il se rejettera dans une fosse qui garantira un matelas d eau d environ 70 cm pour la bonne réception des poissons. Cette fosse sera prolongée par un autre canal qui guidera le poisson vers le bief aval. Un matelas d eau d au minimum 1 m sera présent en sortie de cet ouvrage de dévalaison. Caractéristiques du canal (au niveau des grilles) - Pente :... 0,10 % - Débit :... 1,50 m 3 /s - Hauteur d eau à l étiage :... 0,90 m - Vitesse d eau à l étiage :... 1 m/s Demande d autorisation 03 Mémoire technique 25
Caractéristiques du canal (juxtaposé à la passe à poissons) - Pente :... 1 % - Largeur :... 1,40 m - Débit :... 1,50 m 3 /s - Hauteur d eau :... 0,32 m - Vitesse :... 3,30 m/s Fonctionnement des clapets Un clapet sera mis en place en bout de canal afin de calibrer le débit et la vitesse dans le dispositif de dévalaison. Ils fonctionneront de la façon suivante : - Hauteur du clapet à l étiage :... 0,20 m ce qui correspond au socle d ancrage - Hauteur du clapet au module :... 0,62 m - Hauteur du clapet à Q35 :... 0,93 m Dimensions du champ de grilles - Largeur du champ de grille :... 9,30 m - Hauteur de grilles immergées :... 3,65 m - Débit transité :... 30 m 3 /s - Distance entre barreaux :... 20 mm - Inclinaison :... 26 - Va :... 0,88 m/s - Vn :... 0,39 m/s - Vt :... 0,79 m/s - Vg :... 0,64 m/s Dimensions des exutoires : Le canal de dévalaison sera équipé de trois exutoires. Ils auront les dimensions suivantes : - Ve = 1,2 Vt =... 0,95 m/s - Hauteur d eau :... 0,50 m - Largeur de l exutoire amont :... 1,48 m - Largeur de l exutoire du milieu :... 1,05 m - Largeur de l exutoire aval :... 0,63 m Demande d autorisation 03 Mémoire technique 26
4.5 - Chemin préférentiel pour les Loutres Au niveau des berges en rive droite du Lot, des passes à Loutre seront créées. Une sera créée dans le canal d amenée et une dans le canal de fuite de l aménagement hydroélectrique. La liaison entre les deux passes sera assurée par l intermédiaire de haies. 4.6 - Raccordement au réseau EDF Le projet d usine hydroélectrique sera raccordé au poste source et donc au réseau électrique par l intermédiaire d une gaine souterraine passant par la parcelle 1205. Cette parcelle appartenant à la SAS du Moulin de Cessac, aucun accord de passage n est à demander. 5. FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION L'installation fonctionne au "fil de l'eau" avec régulation du niveau amont. La centrale est asservie au niveau de la retenue normale de 104,12 m NGF. Ce niveau permet notamment le maintien permanent du débit réservé à l'aval de l'aménagement. Le fonctionnement au fil de l'eau permet de garantir le niveau constant du plan d'eau amont dans les limites de la capacité totale d'écoulement au travers des différents ouvrages. Le fonctionnement des turbines est asservi au niveau amont en fonction du débit disponible dans le cours d'eau au-delà du débit réservé. L'arrêt des groupes s'effectue dès que le débit est juste suffisant pour garantir le niveau amont et le débit réservé. En cas de crue, la centrale s arrête quand le niveau d eau en amont atteint la cote 105,60 m NGF, soit pour un débit de 550 m 3 /s. Demande d autorisation 03 Mémoire technique 27
6. PRODUCTION DE L'AMENAGEMENT La production actuelle de la centrale existante sur 6 dernières années est la suivante : Année Production kwh 2005 3 169 600 2006 3 506 000 2007 3 484 400 2008 3 752 600 2009 3 446 800 2010 3 692 600 MOYENNE 3 508 667 Après l ajout de la turbine supplémentaire, la production de l aménagement a été estimée à partir des débits moyens journaliers relevés à la station de Cahors sur le Lot sur une période allant de 1974 à 2009. Le résultat du calcul informatique donne une estimation de la production moyenne interannuelle théorique de l ordre de 5 300 000 kwh. Compte tenu des tarifs 2 prix d EDF du contrat H07 en vigueur au 1 er janvier 2012, cela représenterait une recette de l ordre de 405 000. Les tarifs 2 prix d EDF au 1 er janvier 2012 sont les suivants : ETE HIVER 5,387 cts 10,20 cts Demande d autorisation 03 Mémoire technique 28