Et si un procédé inventé au temps de l’Antiquité pouvait nous permettre de produire de l’énergie propre et renouvelable facilement ? C’est exactement ce que propose la vis d’Archimède. Découvrez comment fonctionne ce mode de production d’énergie et quels sont ses nombreux avantages.
Le principe de la vis d’Archimède
Le mécanisme de la vis d’Archimède aurait été inventé par le scientifique grec du même nom, au deuxième siècle avant Jésus Christ. Il a ensuite transmis ce concept en Égypte, ce qui a permis aux habitants de ce pays de pomper l’eau du Nil pour irriguer leurs cultures. Ce principe est donc utilisé depuis l’Antiquité.
Mais de quoi s’agit-il ? Ce dispositif ressemble à une vis de fixation, mais on le classe plutôt dans la catégorie des hélices. Il s’agit d’une vis sans fin, qui peut donc tourner en continu, tout en acheminant des solides ou des liquides d’un bout à l’autre de la vis.
Ce système peut notamment être utilisé pour pomper des liquides, de façon régulière.
Pour son application moderne comme générateur d’électricité, le principe est inversé : l’eau s’écoule de haut en bas à travers la vis, créant ainsi un mouvement rotatif. Les recherches récentes montrent qu’un angle d’inclinaison de 22° offre le rendement optimal, contrairement aux 30-45° souvent utilisés par défaut.
Pour vous aider à y voir plus clair, voici comment fonctionne une vis d’Archimède :
Utiliser la vis d’archimède pour produire de l’électricité
Le mécanisme de la vis d’Archimède peut également être utilisé pour produire de l’électricité renouvelable et propre, à partir de l’eau. Le concept est simple : on installe une vis d’Archimède sur un cours d’eau, au niveau d’une petite chute. L’eau qui passe dans la vis vient alors la faire tourner sur elle-même. Ce mouvement entraîne une génératrice, ce qui produit de l’électricité.
Une centrale hydroélectrique classique fonctionne grâce à la différence de hauteur d’eau entre deux bassins, comme avec un barrage. En effet, la chute de l’eau entre les deux niveaux permet d’activer une turbine. Il faut alors que la différence entre les deux niveaux soit conséquente.
Ici, plus besoin d’une telle différence de niveaux. Un simple petit décalage de 1,5 mètre à 4 mètres suffit pour installer une vis d’Archimède, tant que le débit du cours d’eau est supérieur à 10 m3 par seconde. Ainsi, on peut exploiter des cours d’eau d’un autre type facilement. En combinant plusieurs vis, on peut tout de même envisager de valoriser des chutes jusqu’à 12 mètres. Les installations ont généralement une puissance comprise entre 25 et 2 000 kW.
Les paramètres techniques comme le diamètre et la géométrie de la vis conditionnent directement la capacité de production. Le rendement global de ces installations se situe généralement entre 40 et 50%, avec une excellente adaptabilité aux débits variables, contrairement aux turbines conventionnelles qui nécessitent un débit plus constant.
Si la vis d’Archimède en elle-même est un concept très ancien, utiliser ce mécanisme pour produire de l’électricité est un phénomène assez récent.
La vis d’Archimède dans le monde
Produire de l’énergie avec des installations de type vis d’Archimède est encore peu développé en France, avec moins d’une vingtaine d’installations. Par exemple, une installation de 90 kWh a été inaugurée en 2014 dans l’Isère.
Parmi les réalisations françaises notables, on peut également citer la première vis d’Archimède d’EDF inaugurée en 2017 sur le barrage de Chavaroche. La France possède pourtant un potentiel considérable avec environ 19 000 moulins dont 80% sont actuellement inutilisés, qui pourraient être réhabilités pour accueillir cette technologie.
Pourquoi n’y a-t-il pas davantage d’installations dans l’hexagone ? Ce type de dispositifs correspond surtout à des zones très plates, afin d’éviter les différences de niveaux trop importantes. C’est pourquoi elles sont plutôt adoptées dans des pays ayant peu de relief, comme la moitié nord de l’Allemagne, le Royaume-Uni et surtout les Pays-Bas.
À l’international, on trouve des applications très diverses : les Pays-Bas exploitent l’énergie des marées avec cette technologie, l’Allemagne développe des systèmes en cascade combinant plusieurs vis, tandis que le Royaume-Uni mise sur des projets communautaires d’autonomie énergétique utilisant ce dispositif simple et fiable.
Les points forts de la vis d’Archimède
Produire de l’électricité grâce à la vis d’Archimède présente de nombreux avantages. Tout d’abord, il s’agit d’un mode de production d’énergie renouvelable : l’eau utilisée pour faire tourner la vis continue ensuite son chemin au sein du cours d’eau, sans avoir été altérée.
Ce dispositif est également simple à mettre en oeuvre et robuste. Ceci aide donc de ne pas effectuer beaucoup de maintenance. L’usure est également faible, ce qui permet à une vis d’archimède de fonctionner entre 20 et 40 ans. Et les rendements sont constants tout au long de la durée de vie de la vis d’Archimède. Il s’agit donc d’un dispositif performant à long terme.
Il est aussi assez peu coûteux d’installer un dispositif de ce type. En effet, le prix d’une turbine de type vis d’Archimède est inférieur à celui d’une turbine classique. Les coûts de génie civil sont également faibles. Enfin, les rendements sont élevés et constants, ce qui en fait une technologie de production d’énergie fiable.
Grand point fort : la vis d’Archimède présente l’avantage de ne pas avoir d’impact négatif sur la biodiversité du cours d’eau où elle est installée. En effet, les poissons peuvent passer à travers la vis car elle tourne lentement. Au contraire, le mouvement des turbines de centrales hydroélectriques est généralement rapide, ce qui met en péril de nombreux poissons.
Cette ichtyocompatibilité est particulièrement remarquable : les études montrent un taux de survie des poissons atteignant 98% lorsque les bords de la vis sont arrondis avec des revêtements en HDPE (polyéthylène haute densité). De plus, contrairement aux barrages traditionnels, la vis d’Archimède permet le passage naturel des sédiments, préservant ainsi la continuité écologique du cours d’eau.
Innovations récentes autour de la vis d’Archimède
Le regain d’intérêt pour cette technologie millénaire a stimulé plusieurs innovations visant à améliorer ses performances :
- Les hélices multi-spirales qui permettent d’augmenter jusqu’à 18% le rendement dans les conditions de débits instables
- L’utilisation de matériaux avancés comme les composites, les alliages légers et les revêtements en PTFE qui réduisent les frottements et améliorent la durabilité
- Le développement de systèmes hybrides couplant la vis d’Archimède avec des panneaux solaires pour maximiser la production d’énergie sur un même site
- La conception de systèmes à fonctionnalité réversible (pompe-générateur) permettant d’optimiser l’utilisation de l’installation selon les besoins
Ces avancées technologiques contribuent à rendre cette solution encore plus attractive pour la production d’énergie renouvelable à petite et moyenne échelle.
Les limites de la vis d’Archimède
La vis d’Archimède présente toutefois quelques limites. Tout d’abord, une vis d’Archimède ne produit jamais autant d’énergie qu’une centrale hydroélectrique classique, notamment en raison de la faible hauteur de chute de l’eau : la gravité est moindre, ce qui génère moins de force.
Aussi, vu que les rendements de la vis d’Archimède sont moins bons que ceux d’une turbine classique sur des chutes d’eau de taille importante, il n’est possible d’en installer que sur un type de rivières particulier. Ainsi, il n’est pas envisageable de mettre en place ce type de dispositifs sur tous les cours d’eau existants, ce qui limite son développement à grande échelle.
L’aspect économique constitue également un facteur à considérer. L’investissement initial pour une installation varie généralement entre 100 000 et 300 000 euros selon la taille et la puissance :
| Type d’installation | Puissance moyenne | Coût estimé |
|---|---|---|
| Petite installation (moulin) | 25-100 kW | 100 000-150 000 € |
| Installation moyenne | 100-500 kW | 150 000-200 000 € |
| Grande installation | 500-2000 kW | 200 000-300 000 € |
Pour optimiser le retour sur investissement, il est recommandé de privilégier les sites disposant d’une infrastructure existante (comme un ancien moulin) et de vérifier les aides locales disponibles pour les énergies renouvelables.
Ainsi, on voit donc que la vis d’Archimède est une technique de production d’énergie renouvelable très utile, permettant de valoriser une partie des cours d’eau existants. Mais elle ne peut pas répondre à tous les défis énergétiques actuels.
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- L’énergie marémotrice
- Comment investir dans le solaire
À retenir
- La vis d’Archimède inversée transforme l’énergie gravitationnelle de l’eau en électricité renouvelable, avec des installations typiquement entre 25 et 2000 kW.
- Son principal atout environnemental est son exceptionnelle ichtyocompatibilité (98% de survie des poissons), préservant la faune aquatique et la continuité écologique.
- Cette technologie nécessite une chute d’eau modeste (1,5 à 4 mètres) et un débit minimum de 10 m³/s, avec un angle d’inclinaison optimal de 22° pour maximiser le rendement.
- Les récentes innovations (hélices multi-spirales, matériaux avancés) améliorent considérablement les performances de cette technologie millénaire réinventée pour la transition énergétique.