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1. Introduction Le captage et la capture de l'énergie hydraulique sont un exemple d’inventivité et de

créativité, développé par l’homme pour s’adapter à son univers. Les principes et phéno-

mènes physiques apprivoisés au cours des siècles ont donné naissance aux systèmes actuels

de production d'énergie les plus modernes. Dans la course à l'énergie propre, pendant le-

quel le développement des turbines hydraulique permet une considérable augmentation

de rendement énergétique, Cependant, l'évolution des formes et des caractéristiques de

fonctionnement de cette dernière suivent relativement les caractéristiques de l’installation

d’une centrale hydraulique. La turbine Francis offre la plus grande gamme de produits

parmi les différents types de turbines dans ce niveau, Ils sont de loin, le type de turbine le

plus largement utilisé dans les centrales hydro-électrique à basse chute.

Dans les lignes qui suivent, Nous allons essayer largement de traiter ce sujet comme

cité dans l'intitulé mais il est toutefois nécessaire de faire des soulignements sur quelques

notions de base concernant une centrale hydraulique et son fonctionnement et les classes

de distinction d’une turbine hydraulique.

Brièvement…

2. Qu'qu’ une centrale hydraulique ou hydroélectrique ?

Tout d'abord, une centrale est une usine produisant de l'énergie électrique, et une centrale hydroélectrique est plus précisément une usine qui utilise de l'énergie cinétique fournie par une masse d'eau en mouvement pour produire de l’énergie mécanique, qui elle est transformée en énergie électrique. Elle est aussi appelée hydroélectricité ou énergie hydraulique.

L’énergie hydraulique est généralement obtenue par l’enchainement de deux étapes.

2.1 Les centrales au fil de l’eau qui utilisent le débit continu du cours d’eau et fournissent une énergie de base en permanence. (les fleuves et les grandes rivières)

[Figure.1]

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2.2 Les centrales avec barrage de retenue qui stockent l’eau dans un réservoir, constituant une énergie assurément disponible sollicitée lors des pointes de consommation.

[Figure.2]

Observation : Il existe bien d’autres types qui font partie des deux centrales précédentes qui en effet défini le système de fonctionnement, On cite : Centrales d’éclusée et les Centrales STEP (Stations de transfert d'énergie par pompage.)

3. Types de centrale hydroélectrique

Par la suite on distingue trois types de centrale hydroélectrique selon l'échelle d'une chute

hydrographique ou l’aménagement hydraulique qui sont définis par l'Agence de

l'Environnement et de la Maîtrise de l'énergie (ADEME) :

3.1 Les centrales de basse chute : se trouvent sur les grands fleuves et fonctionnent au

fil de l'eau avec un débit important, elles produisent sans interruption.

3.2 Les centrales de moyenne chute : se trouvent en moyenne montagne, elles utilisent les réserves d'eau accumulées sur des courtes périodes. Ces centrales d’éclusée servent pour la régulation journalière ou hebdomadaire de la production.

3.3 Les centrales de haute chute : se trouvent en altitude, les usines de lacs disposent de plus de 400 heures de réserves. Leur rapidité de démarrage permet de répondre de consommation, notamment en hiver.

À noter que les centrales, qu’elles soient de basse, de moyenne ou de haute chute, Sont

toujours installées au fil de l’eau, et ne nécessitent pas de retenue pour fonctionner. Ils se

basent tous sur le même principe de fonctionnement.

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4. Principe de fonctionnement d'une centrale hydraulique :

4.1 Composition:

Une centrale hydraulique est généralement composée de trois éléments :

Un barrage

Un canal de dérivation,

La centrale elle-même.

4.2 Fonctionnement: Le barrage retient l’écoulement naturel de l’eau. De grandes quantités d’eau

s’accumulent alors, formant ainsi un lac de retenue.

Lorsque l’eau est stockée, il suffit d’ouvrir des vannes pour entamer le cycle de production. L’eau s’écoule alors en contrebas, vers la centrale hydraulique, par un canal de dérivation ou une conduite forcée. Il y a donc une forte chute d’eau entre deux niveaux différents.

La force de l’eau entraîne la rotation de la turbine.

La turbine entraîne l’alternateur, qui produit de l’électricité.

Un transformateur élève alors la tension du courant produit par l’alternateur pour qu’elle puisse être plus facilement transportée dans les lignes à haute et très haute tension. L’électricité ainsi produite peut alors être injectée dans le réseau des lignes électriques.

L’eau turbinée rejoint la rivière par le canal de fuite.

Conclusion 1

Après avoir bien compris les aspects hydrauliques et les notions de base citées brièvement,

revenons à notre sujet principal concernant une turbine hydraulique, en particulier la

turbine Francis. En commençant par envisager les turbines et ses opérations…

Une Turbine.

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5. A quoi sert une turbine hydraulique?

La turbine permet de transformer l'eau qui s'échappe de la conduite blindée en énergie de

rotation. La forme et les caractéristiques des turbines dépendent des catégories

d'installations hydroélectriques dans lesquelles elles sont employées. Elle transforme

l'énergie de l'eau en énergie mécanique. La turbine a remplacé la roue à aubes qui était

utilisée jusqu'au 19ème siècle dans les moulins à eau. Le rendement d'une turbine (de

l'ordre de 70%) est nettement supérieur à celui de la roue hydraulique (20%). Une turbine

comprend des organes fixes, de réglage et une partie mobile (roue). Les organes fixes et de

réglage ont pour rôle essentiel de diriger l'eau sur la roue dans les meilleures conditions. La

partie mobile est destinée à produire un couple moteur sur l'arbre en transformant le

maximum de la puissance disponible en puissance mécanique. Elle a été inventée par

Benoît Fourneyron en 1832.

6. Les différents types de turbines

Il existe deux sortes de turbines :

6.1 Les turbines à action : lorsque les pressions à l'entrée et à la sortie de la roue

sont égales. Elle se compose uniquement d'un distributeur et d'une roue mobile,

telles que Pelton, Banki, Turgo…

6.2 Les turbines à réaction : lorsque la pression à l'entrée de la roue est plus grande

que la pression à la sortie de la roue. Et c’est bien le cas

d’une turbine Francis.

Conclusion 2

Donc Les turbines à réaction sont composées d’un distributeur,

d’un rotor et d’un diffuseur, et qui permettent de combiner

l’énergie cinétique et l’énergie de pression. La pression en sortie

de roue est inférieure à la pression en entrée. Et c’est ce que

nous allons préciser et traiter par la suite.