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1. CE QUE LA GOLD AJOUTE À LA PACHA
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La
Pacha 1 ne vit que de pluie : 105 millions de m³ par an sur 140 km², et 39 jours par an où le lac est vide, en fin d'été et par année sèche. La Gold 1 lui ajoute une eau qui ne s'arrête pas : un ruisseau pérenne, nourri par des sources, la neige ou un glacier, détourné vers le lac ou le bassin haut. À 300 m de chute, un mètre cube vaut 0,74 kWh : 1 m³/s, c'est 31,5 millions de m³ et 23 GWh par an ; 0,3 m³/s en vaut 7 ; 3 m³/s, 70. Le principe reste celui de la Pacha, la pluie d'abord et les pompes ensuite, mais la pluie a désormais un fond de débit qui tient le lac plein : à 1 m³/s, le lac n'est plus jamais vide, les pompes tombent à 1 GWh au lieu de 32 pour la V11, et la Pelton de pluie passe de 4,3 à 7 MW et tourne jour et nuit. C'est ce qui rapproche la centrale d'une production continue et pilotable à la demande du marché.
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2. D'OÙ VIENT L'EAU
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L'eau de la Gold doit venir d'ailleurs que du bassin du canal, parce que le canal de ceinture de la Pacha coupe déjà tous les talwegs sur son parcours. Trois origines, par ordre de rendement, et une règle : on ne remonte jamais l'eau plus haut que nécessaire, et c'est le bassin haut la cible, pas le lac, sauf si on veut la stocker.
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La vallée voisine. Un cours d'eau du bassin d'à côté, amené par un canal à flanc de montagne (0,5 M€ le kilomètre, comme le canal de ceinture) ou par un tunnel à travers la crête (5 à 15 M€ le kilomètre). C'est ce que font les Norvégiens et Hydro-Québec depuis un siècle : une prise, un dessableur, une galerie, et l'eau change de vallée. Elle arrive par gravité dans le lac ou dans le bassin haut.
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Le cours d'eau qui passe sous le canal mais au-dessus du lac ou du bassin haut. Il n'a pas été coupé par le canal (il naît en dessous, de sources ou d'un vallon latéral) : une prise et une conduite suffisent, par gravité.
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Le cours d'eau en contrebas du bassin haut. Il faut le remonter, et trois moyens existent. Le bélier hydraulique : un ruisseau qui a 5 m de dénivelé local remonte lui-même 7 à 8 % de son débit à 40 m, sans énergie extérieure et presque sans entretien ; sur 1 m³/s, 75 L/s, 2,4 millions de m³ par an, pour quelques dizaines de milliers d'euros, le module écologique par excellence. La pompe sur le surplus de la centrale : remonter 1 m³/s de 30 m coûte 370 kW, 3,2 GWh par an, 14 % de ce que cette eau rend à 300 m, avec un seul engin de 0,5 M€ qui tourne quand le vent souffle, sans urgence, puisque le lac attend. Le multipale (éolienne à pales américaines) : 2 L/s remontés de 30 m par roue de 5 m, 60 000 m³ par an, pour les prises isolées loin de tout câble, pas pour un ruisseau entier, qui en demanderait cinq cents.
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Le forage, ce qu'il donne vraiment. Un forage ne fait pas monter l'eau gratuitement : sauf nappe artésienne, qui est alors une source captée par gravité (voir la
Gold 4), il faut pomper, et on dépense 9,81 × hauteur par m³ pour en récupérer 9,81 × chute × 0,9. Et surtout le débit : un forage en montagne donne 10 à 200 L/s, 0,3 à 6 millions de m³ par an, 1 à 6 % de ce que le canal apporte déjà, en vidant une nappe qui a d'autres usagers. Les chiffres sont dans le tableau du modèle : le forage n'est pas retenu.
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3. LE MODÈLE HORAIRE : CE QUE LE RUISSEAU CHANGE
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Base Pacha 1 de référence : canal de 20 km, 140 km², 1 500 mm, régime tempéré, lac de 2 millions de m³. Le modèle est celui de la Pacha, avec un apport de base horaire ajouté au lac. La Pelton de pluie est redimensionnée sur l'excédent, 1 200 €/kW en dessous de 5 MW, 900 au-dessus. Le coût de dérivation est celui d'un canal de 4 à 10 km ou d'une courte galerie.
| Configuration | Apport ajouté, millions de m³ | Apport total | Lac vide | Pompes, GWh | Pelton de pluie, GWh | Vendu en direct, GWh | Total vendu, GWh | Coût ajouté à la V11, M€ | kWh de la centrale, €/MWh |
| Pacha 1 de référence, sans apport | 0 | 105 | 39 jours | 6 | 25 (4,3 MW) | 247 | 312 | 22,2 | 29,4 |
| + ruisseau de 0,3 m³/s | 9,5 | 115 | 20 jours | 4 | 30 (5,1 MW) | 249 | 319 | 23,6 (dérivation 2) | 29,0 |
| + ruisseau de 1 m³/s (retenu) | 31,5 | 137 | 0 jour | 1 | 43 (7 MW) | 252 | 335 | 26,3 (dérivation 3) | 28,1 |
| + ruisseau de 3 m³/s | 95 | 200 | 0 jour | 0 | 88 (12,3 MW) | 253 | 380 | 33,1 (dérivation 5) | 25,9 |
| + 1 m³/s en torrent de fonte (maximum en juin) | 32 | 138 | 12 jours | 3 | 45 (7 MW) | 250 | 334 | 26,3 | 28,2 |
| + 1 m³/s en ruisseau à étiage d'été | 31,5 | 137 | 16 jours | 3 | 45 (7 MW) | 250 | 334 | 26,3 | 28,2 |
| + 1 m³/s par un tunnel de 1 km (10 M€) | 31,5 | 137 | 0 jour | 1 | 43 (7 MW) | 252 | 335 | 33,3 | 29,2 |
| + 1 m³/s remonté de 30 m par pompe sur surplus | 31,5 | 137 | 0 jour | 1 | 43 (7 MW) | 248 (3,2 GWh de pompage) | 332 | 26,8 | 28,5 |
| + bélier sur un ruisseau de 1 m³/s (75 L/s remontés) | 2,4 | 108 | 28 jours | 5 | 27 (4,5 MW) | 248 | 314 | 22,5 | 29,3 |
| + forage de 50 L/s relevés de 100 m (1 M€) | 1,6 | 107 | 30 jours | 6 | 27 (4,5 MW) | 247 | 313 | 23,4 | 29,6 |
| + forage de 200 L/s relevés de 100 m (2 M€) | 6,3 | 112 | 24 jours | 5 | 29 (4,9 MW) | 246 | 315 | 24,9 | 29,7 |
| + source captée de 1 m³/s (Gold 4, 1,5 M€) | 31,5 | 137 | 0 jour | 1 | 43 (7 MW) | 252 | 335 | 24,8 | 27,9 |
Lecture : le ruisseau de 1 m³/s est le bon réglage de la Gold 1 : c'est lui qui supprime les jours de lac vide, et il fait passer le kWh de 29,4 à 28,1 pour 3 M€ de dérivation. À 3 m³/s on gagne encore (25,9) mais il faut une Pelton de pluie de 12 MW et un cours d'eau qu'on trouve moins souvent. Le profil compte autant que le débit : le torrent de fonte donne le même total mais laisse 12 jours de lac vide en hiver, le ruisseau à étiage 16 en été, le ruisseau de source aucun. Le tunnel de 10 M€ mange presque tout le gain ; à 300 m de chute, on ne creuse pas, on contourne. Le forage, même à 200 L/s, fait monter le kWh : il est écarté. Le bélier est neutre en argent et gratuit en énergie : à prendre quand le ruisseau est là, pas à chercher.
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4. LES CHIFFRES EN SÉRIE
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| Poste | M€ | Remarque |
| Dérivation du ruisseau : prise, dessableur, canal d'amenée de 4 à 6 km ou courte galerie | 3,0 | 0,5 M€ le km de canal ; 5 à 15 M€ le km de tunnel |
| Pelton de pluie de 7 MW au lieu de 4,3 | 6,3 (au lieu de 5,2) | 900 €/kW au-dessus de 5 MW |
| Lac de 2 millions de m³, canal de ceinture de 20 km | 17,0 | inchangés, ceux de la Pacha 1 |
| Total ajouté à la V11 | 26,3 | contre 22,2 pour la Pacha 1 ; centrale complète 135 M€ |
| Résultat | V11 | Pacha 1 | Gold 1 |
| Électricité vendue | 226 GWh | 312 GWh | 335 GWh (380 à 3 m³/s) |
| Pompage | 32 GWh | 6 GWh | 1 GWh |
| Lac vide | | 39 jours | 0 jour |
| Eau rendue à la vallée | | 82 millions de m³ | 112 millions de m³ (173 à 3 m³/s) |
| Gain annuel sur la base | | 4,9 M€, net 3,6 | 7,1 M€, net 5,6 (11,6 et 9,6 à 3 m³/s) |
| LCOE privé de la centrale entière | 35 €/MWh | 29,4 €/MWh | 28,1 €/MWh (25,9 à 3 m³/s) |
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5. OÙ ELLE VA
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Partout où une Pacha 1 est possible et où un ruisseau pérenne passe à portée hors du bassin du canal. Sur les 40 sites de Pacha 1 de la page des
emplacements, un sur deux a ce ruisseau sur la carte ; on en retient un sur quatre une fois le droit d'eau, le débit réservé et le coût de la dérivation passés. Les meilleurs : les Highlands et Galloway (ruisseaux de tourbière qui ne tarissent pas), les Vosges et le Jura (sources), Eryri et l'Irlande de l'Ouest, les Cévennes (ruisseaux de granite sous les Causses), la Corse, les Tatras, les Açores et Madère (les levadas sont déjà des canaux d'amenée), les Yungas de Salta, Hawaï, la Réunion. Dans le plan mondial, 379 des 1 500 Pacha 1 deviennent des Gold 1.
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6. POINTS DE VIGILANCE
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Le débit réservé. On ne prend jamais tout le cours d'eau : en France le dixième du module reste dans le lit, davantage pour les frayères, et c'est la même règle partout où elle existe. Le modèle compte le débit dérivé, pas le débit du cours d'eau.
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Le droit d'eau et les usagers d'aval. Un cours d'eau a des irrigants, des moulins, des pêcheurs, une ville qui boit dedans. L'argument de la Gold est que l'eau est rendue en bas, régulée et toute l'année, par le bassin bas ; pour une dérivation d'une vallée à l'autre, l'eau change de vallée et il faut l'accord des deux. C'est le comité de bassin qui décide, comme pour la Pacha.
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Les sédiments. Un torrent charrie du sable et des galets : prise latérale avec grille, dessableur, et décantation dans le lac avant la Pelton. La Pelton reste la machine des Gold cours d'eau ; seule la Gold 4, à eau de source claire, peut revenir aux Francis réversibles.
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Les crues. La prise se dimensionne pour laisser passer la crue sans l'avaler : vanne de garde, déversoir latéral sur le canal d'amenée, et le lac garde sa revanche. Une crue de torrent en montagne peut faire cent fois le module.
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Le tunnel. 5 à 15 M€ le kilomètre selon la roche ; il ne se justifie que par la chute : à 300 m, un cours d'eau de 1 m³/s vaut 2 M€ par an et paie 2 à 3 km de galerie ; à 1 500 m, 10 M€ par an et 10 km. Le modèle donne le kWh pour chaque cas.
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Les années sèches. Un ruisseau de source baisse en été mais ne s'arrête pas ; un torrent de fonte s'arrête en hiver et donne tout en juin ; un cours d'eau de pluie suit la pluie. Le modèle a les trois profils, et c'est le profil, autant que le débit, qui dit combien de jours le lac reste vide.
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7. L'OPTION SOURCE : LA GOLD 4 SUR UNE PACHA 1
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Si le ruisseau est en fait une grande source, karstique ou volcanique, tout va mieux : le débit est constant (0 jour de lac vide dès 1 m³/s), l'eau est claire (les Francis réversibles redeviennent possibles, 0,5 €/MWh de moins), et il n'y a pas de canal de dérivation, seulement un captage et une conduite : 1,5 M€ au lieu de 3, 27,9 €/MWh au lieu de 28,1, et 25,6 à 3 m³/s. Les sources de ce débit existent dans le Jura, les Préalpes, les Pyrénées basques, les Picos de Europa, les Dinarides, Madère, Hawaï et la Réunion. La
page Gold 4 les détaille pour les trois tailles.
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8. LES BONNES IDÉES DE LA GOLD 1
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* Un fond de débit pérenne vaut plus que son volume : 1 m³/s, 30 % de l'eau de la Pacha 1, supprime les 39 jours de lac vide et fait de la centrale une production quasi continue.
* L'eau de la Gold vient d'ailleurs que du bassin du canal : vallée voisine, cours d'eau né sous le canal, ou cours d'eau remonté ; le canal a déjà pris le reste.
* On ne remonte jamais plus haut que nécessaire : le bassin haut est la cible, le lac n'est que le stock.
* Trois moyens de remonter sans urgence : le bélier (gratuit, 7 à 8 % du débit), la pompe sur le surplus de la centrale (14 % de l'énergie rendue), le multipale pour les prises isolées.
* Le forage n'est pas une source : pompé, il rend moins qu'il ne coûte ; seule la nappe artésienne, qui est une source, compte.
* Le profil du cours d'eau se modélise comme son débit : fonte, étiage ou source ne laissent pas le même nombre de jours de lac vide.
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SOURCES
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Le modèle horaire des Gold (Python, sans bibliothèque), le modèle Pacha plus un apport de base
Hydroloop V16 Pacha 1,
Pacha 2 et
Pacha 3, les bases des Gold
Les meilleurs emplacements du monde pour les Hydroloop V16 Pacha, 114 sites nommés, et ce qu'ils offrent aux Gold
Plan mondial 6 en 1 : 1 056 Gold dans le plan
Wikipédia : le bélier hydraulique
Wikipédia : le débit réservé
Wikipédia : les transferts d'eau entre bassins
Wikipédia : l'éolienne de pompage à pales multiples
Wikipédia : les sources, dont les sources karstiques et artésiennes
Wikipédia : la Fontaine de Vaucluse, la plus grande source de France
Wikipédia : Statkraft, l'hydraulique norvégienne à bassins versants reliés par galeries
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