La turbine hydraulique
La turbine est l'autre élément indispensable de la centrale hydroélectrique, c'est elle qui transforme l'énergie produite par l'eau en énergie mécanique. Il existe différents types de turbines s'adaptant à différentes situations:
- la turbine Francis : turbine hydraulique de type à réaction. Elle est faite pour des hauteurs de chute comprises entre 20 et 350 mètres et pour des puissances et des débits moyens ( de quelques kw à des centaines de mégawatt avec des débits allant jusqu'à 30000 l/s). Le diamètre de la roue est compris entre quelques décimètres et 10 mètres et elle possède un rendement compris entre 80 et 95%. Ce système de turbine fut proposé par le français Jean Poncelet puis fut popularisé par James Bichen Francis. Dans les années 1860, ce système s'impose peu à peu et remplace la traditionnelle roue hydraulique.
Schéma et photographie d'une turbine Francis
- la turbine Pelton : elle fut inventée en 1879 par Lester Allan Pelton en Californie. C'est une turbine du type à action car l'énergie potentielle venant de l'eau amenée par la conduite est transformée en énergie cinétique. Cette turbine est une roue comportant des augets : ce sont des sortes de pales en forme de demi-coquille placés en circonférence . Leur forme est très évoluée et permet au jet d'eau qui les frappes d'être scindé en deux parties. Il y a normalement entre 15 et 25 augets par roue. Une turbine pelton fonctionne sous certaines conditions : 100 à 400 mètres de chute, un débit compris entre 0,2 et 1,0 m3/s et elle a une puissance comprise entre 10 et 1,500 kw de puissance.
Schéma et photographie d'une turbine Pelton
- la turbine Kaplan : elle fut inventé par l'ingénieur Viktor Kaplan en 1912. Ce système à hélice est adapté aux installations ayant de faibles chutes comprises entre 10 et 30 mètres mais dont le débit est très important (entre 5000 et 100000 L/s). Sa vitesse de rotation varie de 50 à 250 tr/min. Cette turbine a pour particularité de pouvoir faire varier l'angle d' inclinaison de ses hélices au cours de l'action. Son rendement est élevé, il varie entre 90 et 95%. On appelle groupe bulbe une turbine kaplan fonctionnant axialement dans le sens normal de l'écoulement de l'eau.
Schéma et photographie d'une turbine Kaplan
- les turbines Banki-Mitchell ou Crossflow : c'est une turbine à action faites pour des chutes d'eau comprises entre 1 et 150 mètres et ayant un débit compris entre 20 et 7000L/s . C'est un turbine dite à flux car elle à une forme qui permet à l'eau de la traverser deux fois. Elle possède l'inconvénient de tourner lentement et nécessite donc l'utilisation d 'un multiplicateur (courroie) pour accélérer la rotation et obtenir un rendement moyen mais constant (70%). C'est une turbine assez facile à concevoir car il n'y a aucun élément de fonderie.
Schéma et photographie d'une turbine Banki-Mitchell ou Crossflow
Les turbines sont accionnées par le travail de l'eau.
Pour calculer le travail de l'eau propulsé dans la turbine, on multiplie la hauteur de chute (en mètres) par le débit de l'eau ( en litres). Ainsi lorsque 1L d'eau tombe de 100m, cela produit 100kgm( kilogrammètre : travail produit par 1L d'eau tombant d'un mètre). Cependant, lorsque 100L d'eau tombent d'1m, cela produit aussi 100kgm. C'est pour cela que certaine centrales au fil de l'eau sont aussi performantes que des centrales de très haute chute.
Tous ces éléments sont donc indispensables au bon fonctionnement d'une centrale hydroélectrique