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Turbines

 

La turbine est un élément très important d'un aménagement hydroélectrique, elle est au centre du complexe et transforme l'energie cinétique de l'eau (la vitesse de l'eau) en énergie mécanique.

Ce sont, en quelque sorte, les roues de moulins modernes. Mais elle n'ont plus grand chose à voir avec ces roues qui atteignait difficilement des puissances de l'ordre du kilowatt avec des rendements médiocres. Les turbines modernes sont calculées de manière à utiliser au mieux l'energie de l'eau. Des calculs d'hydraulique très complexe sont utilisés pour dimensionner ces machines à la pointe de la technologie, qui ont paradoxalement peu changées depuis leur création.

Il existe plusieurs sortes de turbines mais pourquoi ?

 

Les turbines sont adaptées aux chutes où elles sont installées, leur type est défini par 2 grandeurs : le débit et la hauteur de chute, ceux-ci déterminent la puissance de la chute, ce sont des données incontournables du site où sont installées ces turbines.

On distingue 2 grands types de turbines :

Les turbines à action, qui sont actionnées directement par la force d'un jet d'eau.

Et les turbines à réaction, qui réagissent à la chute mais utilise aussi l'energie aval.

 

Les turbines les plus utilisées sont la turbine Pelton, Francis et la turbine Kaplan qui portent le nom de leurs inventeurs.

En fonction de la chute (on nomme ainsi l'endroit ou les turbines sont installées, la "chute d'eau"), c'est à dire du débit et de la hauteur de chute, on détermine le type de turbine à installée. (voir le diagramme ci contre)

Schéma de sélection d'une turbine en fonction de la hauteur et du débit de la chute

 

 

Les turbines les plus utilisées

La turbine Pelton est la turbine à action la plus utilisée.

Pelton

Haute chute (h) - petit débit (Q)

Inventée en 1895 par allan lester Pelton cette turbine est dite a action car c'est l'action du jet d'eau qui fait tourner directement la roue.

La turbine Pelton est une turbine a action, c'est à dire que la force de l'eau, la vitesse de l'eau agit directement sur la roue. Dans la turbine Pelton, on utilise un injecteurs afin de concentrer le jets d'eau sur "la cuillère" de la turbine

Spécificité de la turbine Pelton :

La turbine Pelton est alimentée via des injecteurs, c'est une réduction du tuyau d'amené d'eau qui permet de concentré le jets en une petite surface pour transmettre un maximum de puissance à la turbine.

Ce jet d'eau est réglé par un pointeau commandé le plus souvent par des vérin hydraulique. On peut donc ouvrir, fermer ou réguler l'ouverture des injecteurs afin d'alimenter plus ou moins la turbine en eau.

Francis

Moyenne chute (h) - Débit moyen (Q)

Ce système, proposé par le français Jean Poncelet à la fin des années 1820, fut breveté par le nord-américain Samuel B. Howd en 1838 et popularisé par James Bichens Francis. Dans les années 1860, cette turbine commença à supplanter la roue hydraulique.

Elle se compose d'une roue (voir ci dessus en orange) et d'ailettes appelées directrices (en noire) qui sont à ouverture variable permettant de faire varier le débit d'arrivé sur la turbine. Ce système s'appelle le vannage.

La plus puissante d'europe, se trouve en France à la centrale du Pouget (Aveyron) : turbine de 286 MW, sous 444 m de chute.

 

Kaplan

Petite chute (h) - Gros débit (Q)

Cette turbine fut la dernière à être inventé par un certain Viktor Kaplan en 1912.

turbine Kaplan

Ces turbines ont la particularités d'avoir les pales (en jaune) réglables ce qui permet de pouvoir turbiner une large plage de débit. On synchronise les pales avec les directrices (en bleu) afin d'avoir le meilleur rendement, on appelle ça la conjugaison.

 

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