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.

L'intérêt pour les énergies renouvelables croît continuellement dans le monde. L'objectif de l'Union Européenne est d'attendre à l'horizon 2020 une production de 20% de la consommation énergétique totale à partir des énergies renouvelables. Donc, la vaste majorité des pays ont décidé de réduire les émissions de gaz responsables de l'augmentation de l'effet de serre. Cette décision présume la réduction de la consommation en énergie fossile (gaz naturel, pétrole, charbon, etc.) au profit des énergies renouvelables dont fait partie l'énergie obtenue dans les microcentrales hydroélectriques. La petite hydraulique possède un fort potentiel de développement et on prévoit qu'elle tiendra une place importante dans la production électrique future par énergies renouvelables, les applications visées étant l'alimentation de sites isolés, non électrifiés, ainsi que la fourniture d'appoint au réseau interconnecté, notamment par association avec d'autre sources renouvelable comme l'éolien par exemple. Le but de la thèse concerne l'étude théorique et expérimentale (sur un banc d'essais) de la structure d'une microcentrale hydroélectrique à vitesse variable. Le système est constitue par une machine asynchrone à double alimentation (MADA), excitée, au rotor par une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) ; ces deux machine étant montées sur le même arbre. Deux convertisseurs à MLI, réversibles, réalisent la connexion électrique entre les deux machines. Cette étude concerne les aspects liés à la commande des machines électriques, le fonctionnement de la microcentrale en îlotage et en débit sur un réseau puissant et l'association à d'autres sources décentralisés de production. L'association avec une centrale éolienne à vitesse fixe a été étudiée. En plus, on a ajuté un dispositif de stockage à supercondensateurs ayant le rôle d'augmentation de la capacité de pénétration dans le réseaux îlots ou puissantes.

Le Vietnam est un pays en voie d’industrialisation rapide ce qui engendre une croissance élevée des besoins énergétiques. La consommation énergétique du Vietnam est en augmentation mais pas de façon égale dans tout le pays. En effet, 66.9% de la population du Vietnam vit en zone rurale en 2014. Une grande partie de la population vit encore pauvrement dans des sites isolés avec des accès très restreint aux énergies. Le Vietnam Master Power Plan VII (2011) indique que 759.986 habitations n’ont pas accès à l’électricité.Cependant, le Vietnam est un pays qui possède un grand potentiel en énergie renouvelable (l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydroélectrique, l’énergie Biomasse). Le Vietnam a élaboré une stratégie de développement des énergies renouvelables, afin de mobiliser toutes les ressources pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles. Les sites isolés se situent principalement au Nord-Ouest du Vietnam, près de la frontière avec le Laos et la Chine, où il existe un grand potentiel d’énergie hydraulique et/ou solaire. Il faut quand même signaler que ces énergies sont souvent saisonnières et, par exemple, une microcentrale hydroélectrique ne peut pas satisfaire la demande en énergie électrique lors de la saison sèche. Donc, un système utilisant deux sources d’énergies renouvelables (panneaux photovoltaïques et microcentrale hydroélectrique) est l’une des solutions optimales pour alimenter en électricité un site isolé au Vietnam. L’objectif de cette thèse est la gestion optimale de l’électricité renouvelable d'un tel système.Afin de satisfaire à une utilisation maximale, le principe de suivi du point maximum (ou Maximum Power Point Tracking – MPPT) est mis en application. Pour la chaine de conversion photovoltaïque, un contrôleur flou à une entrée est proposé afin de suivre le point de puissance maximale du panneau solaire.Pour la chaine de conversion hydroélectrique, une turbine Pelton couplée à un générateur synchrone à rotor bobiné permet d’alimenter en électricité une charge triphasée. Une plateforme d'essais est réalisée dans le laboratoire CReSTIC, IUT de Troyes pour effectuer une validation expérimentale du système de régulation d’une Microcentrale hydroélectrique.Pour la réalisation d’un système de production d’électricité hybride, un superviseur flou est conçu pour obtenir un comportement optimal du système. Après, une étude sur les avantages et inconvénients de ce type de systèmes hybrides pour un site isolé a été effectuée (amélioration de la formation des adultes, augmentation du temps de travail pendant la nuit, réduction du coût du carburant).Ce travail contribue à la connaissance d'une gestion optimale des énergies renouvelables pour site isolé en révélant les avantages et les qualités de l’utilisation des ressources d’énergie renouvelables au gouvernement et à d’autres investisseurs locaux ou internationaux au Vietnam. / As a rapidly industrializing country, the economy of Vietnam's has become very energy intensive. Thought, 66.9% of Vietnam's population lives in rural area in 2014. Many people still live in remote farming areas that are stricken with poverty. The Vietnam Master Power Plan VII (2011) indicates that still 818,947 households are not connected to the national grid, and 759,986 households do not have any access to electricity.Vietnam has high potential on renewable energy resources (Wind, Solar, Hydro, Biomass, and Geothermal). Using hybrid renewable energy system is considered to be one of the most feasible options to bring electricity to local people to improve life quality. The off-grid communities in Vietnam are located mainly in the north-west of Vietnam, near the border with Laos and China, where exist a great potential on Hydro power and/or solar power. A micro hydro power plant cannot satisfy the load demand, especially in dry season. Therefore, additional energy sources such as PV arrays have been suggested to complement power efficiency. Thus, this working discusses the pre-feasibility for small hybrid power generation system consisting of a PV generating unit with storage and a micro hydro generation unit for off-grid areas in Vietnam.The objective of this thesis is to optimize the production of renewable electricity for this type of small hybrid power generation system. For the photovoltaic conversion system, a one input fuzzy logic controller for maximum power point tracking is designed. For the Micro-hydro power plants (MHPP), a Pelton turbine is coupled to a would rotor synchronous generator to supply electricity for a three phase load. To keep the MHPP frequency and voltage outputs constant (50 Hz, 230 V) in spite of changing user loads, the controller is necessary. The experimental results of MHPP frequency and voltages control show the ability of our controller. For the realization of small hybrid power generation, a fuzzy supervisor is adapted to obtain an optimal behavior of the system. Finally, a study on the advantages of this type of hybrid system is carried out (improvement of adult training, increased night working hours, and reduction fuel costs). This thesis contributes to the knowledge of Renewable Energy (RE) by revealing the suitable usability and prospects of RE resources to the government and other local or international investors in Vietnam.