Microcentrale hydroélectrique à vis d'Archimède : modélisation et analyse de performances

Small hydro plant using Archimedes screw : modeling and performance analysis

• Auteur / Autrice : Julien Rohmer
• Direction : Dominique Knittel, Jean Renaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel / Conception
• Date : Soutenance le 10/01/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie de la conception (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Nouari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy Sturtzer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Avellan, Alain Bouscayrol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert d'énergie

Hydraulique

Vis d'Archimède

Petites centrales hydroélectriques

Mots clés libres

Vis d’Archimède

Microcentrale hydroélectrique

Microcentrale hydroélectrique de basse chute

Modélisation

Fonctionnement à vitesse variable

Archimedes screw

Small hydropower plant

Very low head hydropower

Modeling

Variable speed operation

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude des microcentrales hydroélectriques à vis d’Archimède. Il s’agit dans ces travaux de proposer une solution alternative à l’hydroélectricité à petite échelle, en exploitant les ressources inutilisées telles que les petites rivières ou les cours d’eau. Ces microcentrales inversent le principe de fonctionnement de la pompe à vis d’Archimède. Elles exploitent la puissance hydraulique disponible dans les usines hydroélectriques de très basses chutes. A partir de l’état de l’art, un modèle numérique est établi pour estimer les rendements, la production d’énergie et la rentabilité pour un fonctionnement à vitesse variable des microcentrales hydroélectriques à vis d’Archimède. Les différents résultats théoriques et de simulation ont été validés expérimentalement sur le prototype de l’INSA de Strasbourg, développé dans le cadre de cette thèse. Enfin, des actions sont menées sur le prototype expérimental afin de maximiser le transfert d’énergie et de limiter les pertes. Pour finir, une stratégie MPPT (Maximum Power Point Tacking) très spécifique est développée et est actuellement en cours d’implémentation.

This work focuses on a small hydro plant which uses the Archimedes screw. This is an alternative solution to smallscale hydropower as it employs unused resources such as small rivers or streams. Archimedes screw plants reverse the pump use principle and employ the available stream power for energy production in very low head application. Based on the state-of-the-art, a numerical model is established to estimate efficiencies, energy production and profitability of variable speed operations for a small hydro plant using Archimedes screw. Several theoretical results and simulations are proposed. We validated them experimentally on the prototype of INSA Strasbourg, developed within the framework of this thesis. Finally, actions carried out on the experimental prototype led to maximizing the transfer of energy and limiting losses. Then a very specific MPPT (Maximum Power Point Tracking) control strategy is developed and is currently being implemented.