Des turbines électriques pour différents usages

Une turbine hydraulique est une machine tournante qui produit une énergie mécanique grâce à la force de l’eau en mouvement.

La première turbine a été inventée en 1821 par l’ingénieur des mines et industriel Benoît Fourneyron pour une usine de fabrication d’acier. La turbine peut tourner sur un axe vertical ou horizontal. 

Il y a ensuite deux familles de roues : celles à action et celles à réaction.

LES ROUES À ACTION

Pour celles à action, un injecteur propulse l’eau qui entraine le mouvement de la roue.

Turbine Pelton

Cette roue hydraulique, qui porte le nom de son inventeur américain, Lester Pelton, récupère l’énergie du mouvement de l’eau grâce à des augets en forme de cuillère. Elle équipe les usines de la SHEM en montagne.

LES ROUES À RÉACTION

Pour celles à réaction, en plus de la force de l’eau sur la roue, on créé une dépression à l’aval qui « aspire «  la roue.

Turbine Francis

Elle a été inventée par l’ingénieur americano britannique James Bichens Francis en 1849. Il a repris le principe de la turbine de Benoit Fourneyron. Des directrices entourent une roue mobile. L’eau arrive sur le pourtour de la roue, pousse les aubes, puis la force de l’eau se dirige vers l’axe de la turbine qui va ensuite entrainer l’alternateur.

Dans les usines, elles sont recouvertes d’une bâche spirale en acier très épaisse afin de résister à la pression de l’eau.

Turbine Kaplan

Elle a été inventée en 1912 par l’ingénieur autrichien Victor Kaplan. Il cherchait à améliorer le rendement des turbines Françis pour les rivières avec des faibles hauteurs de chute. C’est une turbine à hélice, comme une hélice de bateau.

Elle est utilisée sur les fleuves ou les rivières où le débit est important et la hauteur de chute faible. Les pales sont orientables ce qui permet de régler leur position en fonction du débit de la rivière. Le rendement énergétique est élevé : entre 90 % et 95 %. À la SHEM, des turbines Kaplan équipent des usines sur le Lot.

LES TURBINES DERNIÈRES GÉNÉRATIONS

La turbine VLH (Very Low Head) est conçue pour équiper les rivières avec de faibles hauteurs de chute, soit entre 1,5 et 4,5 mètres.

Les turbines VLH

Elles présentent un diamètre de rotor plus grand, permettant de réduire considérablement les structures de génie civil nécessaires à leurs installations. Ceci rend possible les implantations là où les coûts de construction traditionnels seraient prohibitifs. C’est une création française. Avec des débits allant de 10 à 27 m³/s, elle peut produire une puissance unitaire de 100 à 500 kW. Ce niveau de performance est idéal pour les microcentrales hydroélectriques, offrant une rentabilité même avec des installations de petite taille.

Un autre avantage significatif de la turbine VLH est son impact minimal sur la faune aquatique. Des tests ont démontré que cette technologie est exceptionnellement « fish-friendly », permettant aux poissons de traverser la turbine sans dommage.

LE SAVIEZ-VOUS ?

Les turbines sont attaquées par le phénomène de cavitation.

Dans l’eau turbinée, des bulles de gaz se forment. Selon le théorème de Bernoulli, une zone de forte vitesse dans un fluide entraîne une faible pression. La cavitation est la formation et l’oscillation radiale de bulles de gaz ou de vapeur dans un liquide soumis à une dépression. La cavitation cause des dommages importants aux turbines. Lorsque les bulles de vapeur s’effondrent, elles génèrent des ondes de choc qui érodent les surfaces métalliques et réduit la durée de vie de la turbine

La cavitation est donc un défi majeur dans la conception et l’exploitation des turbines hydrauliques. Les agents de l’atelier de la SHEM sont des spécialistes de la maintenance et de la restauration de ces turbines malmenées par des petites bulles.