Potentiel énergétique d’une chute d’eau

Avant de se lancer dans la réalisation ou l’achat d’une turbine hydroélectrique, il faut calculer le potentiel énergétique du site en fonction du débit et de la hauteur de chute d’eau afin de vérifier si l’on peut prétendre à une production d’énergie. 

Il est possible d’estimer le potentiel économique dans le cas où vous souhaiteriez revendre l’électricité produite (le rêve), grâce à la calculette « potentiel économique ».

Une fois le potentiel estimé, vous pouvez choisir le type de turbine approprié.

Calculer le potentiel d’une chute d’eau

  • Les chiffres présents dans la calculette correspondent aux valeurs de mon site.
  • Vous pouvez faire vos propres calculs en remplaçant les valeurs existantes par vos données.
  • Pour afficher le résultat d’un calcul, passez votre souris sur le champ rouge du résultat.
  • Le bouton « reset » réinitialisera les données (mon site).

Faible mon potentiel ? Tout est relatif !

Le potentiel de mon site est de 200 W (0,2 kW). Cela peut paraître peu, certes, mais comparons avec la solution photovoltaïque pour produire la même énergie sur 24 heures : la turbine tournant 24h sur 24h, elle produit  200 x 24 = 4800 Wh par jour. Les panneaux solaires fonctionnant au mieux 8 h par jour en plein été, nous aurions besoin d’une cellule d’une puissance de 600 W (4800/8), soit approximativement 4.5 m2 de panneaux photovoltaïques.

Pour la revente, mes gains sont plutôt ridicules, il faut bien l’avouer. Mais dans mon alpage, personne ne vend d’électricité. Les kilowatts produits par la turbine n’ont pas de prix dans mon environnement.

Formule pour estimer le potentiel d’une chute d’eau

Potentiel énergétique

P=g\times q_{v}\times H\times \eta
P : puissance [kW]
g : accélération de la pesanteur [m/s-2]
qv : Débit volumique en [m3/s]
H : hauteur de chute [m]
η : rendement [<1]

Voici la première formule que j’ai utilisée. Elle permet d’estimer le potentiel d’une installation en fonction de deux paramètres : le débit d’eau et la hauteur de chute. La puissance est exprimée en kilowatts (kW). La valeur de la pesanteur est une constante (9.81 m/s-2), elle ne change jamais sur terre mais vous devrez utiliser η=1.6, par exemple,  si vous comptez turbiner sur la lune.

Potentiel économique

G=P\times h\times j\times a
G : gain [euros]
P : puissance [kW]
h : nombre d’heure par jour [h]
j : nombre de jour par an [année]
a : prix achat du kWh [euros]

Le prix de rachat du kWh produit par une installation hydaulique varie entre 8 à 18 c€/kWh en fonction des critères définis par le ministère de l’environnement, de l’énergie et de la mer : arrêté du 13 décembre 2016. La calculette ci-contre utilise par défaut le tarif à 13,2 c€/kWh, vous pouvez le modifier suivant l’interprétation que vous ferez de l’arrêté en question.

23 réflexions sur « Potentiel énergétique d’une chute d’eau »

  1. Bonjour ! Je m’appelle Florian et je souhaite réaliser une petite installation hydroélectrique près de chez moi. Après avoir consulté votre site je pense que vous êtes à même à répondre à mon interrogation.
    J’ai donc déjà commencé mon installation et ai déjà mis en place mon conteneur d’eau pour recueillir l’eau. C’est à ce stade que je fais appel à vous…
    Du conteneur d’eau jusqu’à la turbine il y a un dénivelé de 15m pour 25m de longueur. Je compte mettre au départ du conteneur, un tube PVC de 125mm de diamètre sur 6m et le relier à un réducteur 125/100mm que je relie lui-même à un tube 100mm sur 6m. Puis je répète l’opération : tube 100mm sur réducteur 100/75 ; puis 6m tube 75 mm sur réducteur 75/50. Je relie ensuite le réducteur 75/50 à un tube 50mm de 7m équipé d’une vanne.
    Pensez-vous que dans le contexte (25m de longueur pour 15m de dénivelé) mon installation serait optimale ?
    Ou devrais-je juste tirer mon tube 125mm de diamètre sur 25m et y relier au bout un réducteur 125/50 ?
    Ou avez-vous une autre méthode à me proposer pour optimiser mon installation ?
    Merci d’avance pour votre réponse.
    Cordialement, Flo.

  2. Bonjour,

    Merci pour ce site. Il est vraiment super…
    Toutefois comme je suis novice, pourriez-vous me dire si les potentiels énergétiques calculés sont en kw/heure ou en kw/seconde?…
    Avec tous mes remerciements
    Stéphane

  3. bonjour, j habite au venezuela et ma pension est au bord d une riviere, dont malheureusement je me sens incapable pour le moment d en calculer la force de débit, mais, elle est là et j en voudrias en retirer des bénéfices car l électricité du village tombe a tout moment. 1. Quelle turbine me recommandez vous pour commencer considérant un débit moyen (il s agit d une riviere de montagne et pas d un ruisseau) et pourrais je venir à votre usine pour apprendre á l installer ? je serais en Suisse entre septembre et octobre 2019. S il sagissait de ventilateurs, combien pourrait il s en alimenter ? merci d avance pour votre réponse car je suis tres interessé de me procurer d une de vos machine.

    • Bonjour.
      Toutes mes félicitations aux concepteurs de ce site. Très pratique et et très instructif.
      Je vie au Sud Cameroun, le potentiel en hydroélectrique dans ma région est très élevé. Cependant presque 89% des communautés villageoise descentralisée n’en bénéfient pas de ce don naturel abondante hydraulique.
      Le souci majeur est que, ces cours d’eau de très forte débit sont horizontalement.
      Comment peut-t’on résoudre ce problème de hauteur de chute si on a pas de pente naturelle ?

  4. Bonjour,
    en lisant la comparaison d’énergie produite avec le photovoltaïque sur votre page,
    je pense que c’est plutôt 7~8 m² de PV qu’il vous faut pour produire le même volume d’énergie annuel.
    Votre installation qui a une puissance de 200 W tourne 24/24 et produit donc 1752 kWh /an.
    Pour produire cette quantité d’énergie avec du PV, vous pouvez prendre comme base (sud de la France) une production de 240 kWh/m²/an (avec une puissance de 180 Wc/m²).
    Il vous faut donc 1752*240 = 7.3 m² (soit une Pcrête de 1300 Wc, 4 panneaux de 330Wc) avec l’avantage pour l’hydraulique d’une production constante toute l’année et l’avantage pour le PV d’une puissance disponible qui avoisine le kW quand il fait beau !
    Bien à vous.
    Bruno.

  5. Bonjour et félicitations pour votre site et toutes ces données précieuses disponibles,
    J’habite une ville balnéaire avec un petit port de plaisance qui autrefois disposait d’un moulin à marée et je pense qu’à l’heure de la transition énergétique nous devons penser à utiliser cette énergie des marées.
    Je vous donne quelques données :
    – le port fait une surface d’environ 2 ha (avec portes et pont levis pour laisser passer les bateaux)
    – la différence de hauteur d’eau entre le port et l’avant port varie selon les saisons et les marées de 4 à 6 m
    – la montée des eaux, comme la descente s’effectue sur environ 6 heures chaque jour (sur 24 heures et approximativement, nous avons 6 heures à l’étale haute et 6 heures à l’étale basse)
    – en données recalculées, nous disposerions de 100 000 m3 qui se déversent chaque 6 heures dans un sens et idem dans l’autre si le système est réversible
    – soit un débit de 4.7 m3/s pour une hauteur moyenne de 5 m pendant 12 heures
    1ère question : Pensez-vous qu’une installation serait rentable sachant que nous sommes en présence d’eau de mer et que la production serait intermittente ?
    2ème question : si oui, pensez-vous qu’il faut plutôt l’auto-consommer sachant que la population de notre commune est de 4000 habitants et qu’il y a de gros consommateurs de nuit comme l’éclairage de la ville ?
    Merci pour vos réponses et vos conseils précieux

    • Bonjour,

      En prenant vos données brutes :
      4.7 m3/s sous une hauteur de 5 m, en appliquant un rendement de 0.5, on obtient une puissance utile de 115 Kw
      En revendant cette énergie 13,2 c€ le kWh, 12h/jour, vous pourriez théoriquement récupérer environ 65 000 Euros/année (d’après le tarif d’obligation de rachat pour les installations de basse chute de puissance installée inférieure à 500 kW, défini par l’Arrêté du 13 décembre 2016).
      Economiquement parlant cela peut-être viable sur le court terme : 1 200 000 Euros / 20 ans, ça commence à faire un beau projet.
      Energétiquement parlant on pourrait presque parler d’impératif.
      Votre idée me paraît donc judicieuse mais c’est bien là le projet de toute une collectivité.

      Cordialement,

      PS : Aucun des moulins à marée de France listés par Wikipédia n’est aujourd’hui en fonctionnement, serez vous le premier ?

  6. Un Immense bravo à ton site qui est très bien fait et qui répond à beaucoup de questions
    La pico-houille blanche revient en Belledone!
    Merci beaucoup!!

  7. Après vérification de vos calculs, il me semble clair que votre calculatrice utilisé la bonne formule, mais que votre équation de puissance est fausse. En effet, la puissance hydraulique Ph = Pression x qv = r x g x H x qv
    Avec r masse spécifique de l’eau
    Merci d’avance de votre retour
    Meilleures salutations
    Claude

  8. Bonjour,

    Merci pour votre site très intéressant.

    Avez-vous vue les centrales à tourbillon ?

    Est-ce que ce genre de turbine peut être acheter en ligne ?

    Cordialement,

    Alex

  9. Bonjour, je trouve l’idée de faire un site géniale et je m’aide de vos travaux pour réaliser un projet dans le cadre d’un stage en Malaisie.
    Il me faut grâce à une système de récupération d’eau de pluie, créer un système capable de produire de l’énergie. Le système de récolte des eaux de pluie fait 1038m2 et permet d’après des taux de précipitation local à vérifier de recueillir 166m3 d’eau par mois (trop faible??). La chute fait quant à elle 19m.
    Si vous avez la possibilité et le temps de me dire si mes calcules sont correcte, je pars sur un débit appliqué sur les pales de la turbine de 0,005 m3/s permettant de créer 900W, 9h15 par mois. Soit 8,3kWh par mois. Cela me semble peut et je voudrais être sur de mois pour l’annoncer à mon superviseur.
    [moins important : pour créer un débit de 0.005m3/s je compte dimensionner mon diamètre de tuyau, j’utilise la formule: débit = vitesse x section du tuyau ( avec vitesse = √2(9.81)(19) = 19.31m/s). Je trouve un diamètre de quelques 6mm. C’est une partie que je ne maitrise pas très bien avec les histoires de frottement.]

    Merci cela m’a donné envie de creuser pour une application chez un ami et éventuellement à plus grosse échelle d’en faire mon cœur de métier.

    PS : j’ai repéré des erreurs de frappe dans la partie calcule du potentiel énergétique [ 9,81 m/s-2 & 9,81 m3/s –> 9,81m/s2]

  10. Bonjour, je suis en train d’expérimenter la production électrique de lacs artificiels. 100 % de rendement, et ça marche!
    On arrive à ré remplir le lac du haut sans utiliser l’énergie produite par la chute d’eau.
    À bientôt.
    Eva

  11. Bonsoir,
    Je viens de découvrir votre site que je trouve particulièrement bien fait. Merci pour le temps que vous y avez consacré.

    Je viens avec une question un peu particulière étant donné que je n’ai pas de chute d’eau mais un système d’aquaponie. Il s’agit d’un système de culture hors sol où des poissons nourrissent les plantes.
    Pour que cela fonctionne, il faut qu’une pompe amène l’eau H24/7J du bac à poissons aux plantes. Du coup, je me demande s’il ne serait pas judicieux d’intégrer une turbine. Est-il envisageable de considérer que la pression de refoulement de la pompe « simule » la chute d’eau ? J’ai un débit d’environ 2,5M3 avec une pression de plus d’un bar.

    Peut-on faire un lien entre pression et hauteur de chute ? Comment peut-on détourner votre formule pour calculer le potentiel d’un tel système ?

    Je vous remercie par avance pour votre aide,

    Bonne soirée,

    Ludovic

    • Bonjour,

      >Peut-on faire un lien entre pression et hauteur de chute ?
      On peut tout à fait faire le lien suivant : 1 bar = 10 m de chute, 2 bars = 20 m de chute

      >Comment peut-on détourner votre formule pour calculer le potentiel d’un tel système ?
      Vous devez utilisez 10 mètre pour la hauteur de chute (H)

      Pour le débit (qv) vous devez indiquer le débit en mètre cube par seconde. En considérant que votre pompe refoule 2.5 m3 par heure, vous indiquerez 2.5/3600 soit 0.00069 m3/sec.
      En appliquant un rendement de 0.8, on produirait théoriquement 50 Watts.

      Vous devez cependant garder à l’esprit que votre pompe fournit déjà un travail pour refouler 2.5 m3 par heure, en interposant une turbine dans le flux, vous allez demander plus de travail à votre pompe pour autant qu’elle soit en mesure de fournir cet excedent de travail.
      Pour allez plus loin, regardez ce que consomme votre pompe (sa puissance) et comparez cette valeur à la puissance théorique produite par une petite turbine hydroélectrique intercalée dans le circuit, vous vous rendrez compte que ce n’est pas du tout rentable.

      Cordialement,

  12. Pourquoi le rendement n’est que de 0.5, alors qu’en Hydroélectricite c’est plutôt 0.8 Il paraît?
    Êtes vous d’accord?
    Merci d’avance de votre réponse
    Et merci pour le site!

  13. Bonjour, j’ai deux conduits (Plastique lisse ) de 200mm bien installer (bien droit) de diamètre sur une longueur de 31 m, et une chute de 1.53 m de hauteur ! Quelle est le potentiel énergétique selon vous ! je pense utiliser une turbine banki ! merci

  14. Bonjour,

    Dans le cadre du rachat de la production électrique par EDF, les STEP de particulier peut être élu ?

    Cordialement

  15. Re bonjour,

    En fait j’ai trop de question.

    Pourquoi ne pas faire une section fac afin d’en faire profiter tout le monde ?

    Je voudrais savoir si vous stockez toute votre énergie sur batterie ou bien si vous en consommez une partie directement, auquel cas avez vous un système permettant d’utiliser directement l’energie et la stocker si elle n’est pas utilisée ?

    Merci

    • Bonjour,

      Je stocke l’intégralité de la production hydroélectrique dans un parc de batterie. Je convertis le courant continu en courant alternatif à la demande, en utilisant un onduleur classique.

      L’idée de la FAQ est très bonne, je me penche sur la question quand j’ai un moment à consacrer au site.

      Cordialement,

      Laurent

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