Les turbines à réaction

Dans les turbines à réaction, la partie mobile provoque au une différence de pression entre l'entrée et la sortie.

 

La turbine Francis

Turbine Francis tenerrdis.fr
Turbine Francis tenerrdis.fr

-      La turbine Francis est plutôt montée pour des chutes moyennes, voire hautes, avec une roue à aubes simple ou double. Conçue par James b. Francis en 1868, leurs avantages est que ces turbines peuvent développer de très importante puissance, de plus leurs rendement est très bon. En effet pour des débits variant de 60 à 100 % du débit nominal il dépasse 80 %. Cependant pour les centrales aménagées sur des cours d’eau dont le débit est susceptible de dépasser ces limites elle ne sont pas conseillé.

 

La centrale du Pouget  sitepasite.free.fr
La centrale du Pouget sitepasite.free.fr

-      Diamètre de la roue : entre quelques décimètres et environ 10 mètres.

-      Vitesse de rotation : entre 70 et 1 000 tr/min.

-      Hauteur de chute : entre 200 et 2000 mètres

-      Rendement énergétique: entre 80 % et 95 %.

-      La plus puissante de France se trouve à la centrale du Pouget : turbine Francis de 286 MW accouplée un alternateur de 275 MVA, sous 444 mètres de chute.

 

Une turbine Francis
Une turbine Francis

La turbine Kaplan

Une turbine Kaplan d'Alstom Power http://lamh.gmc.ulaval.ca
Une turbine Kaplan d'Alstom Power http://lamh.gmc.ulaval.ca

La turbine Kaplan à écoulement axial avec une roue de type hélice, comme celle d'un bateau, dont les pales peuvent s'orienter en fonction des débits utilisables. Elle est parfaitement adaptée aux basses chutes et forts débits.  Une turbine Kaplan est une turbine hydraulique à hélices de type propulsion. Elle a été inventée en 1912 par l'ingénieur Viktor Kaplan.

 

Une turbine Kaplan
Une turbine Kaplan

Elle est adaptée pour les faibles chutes de 10 à 30 mètres en hauteur, et pour les très grands débits de 5000 à 100 000 l/s .C'est donc la turbine des centrales au fil de l'eau. La vitesse de rotation varie de 50 à 250 tr/min .

 

Schéma d'une turbine Kaplan
Schéma d'une turbine Kaplan

La turbine Kaplan se différencie des autres turbines à hélices par ses pales dont on peut faire varier l'angle en opération. Cela lui permet d'avoir un rendement énergétique élevé pour plusieurs conditions de débit d'eau. Son rendement varie normalement entre 90% et 95%.

Mise en place d'une turbine Kaplan Hydroquebec
Mise en place d'une turbine Kaplan Hydroquebec

Ces machines sont classées en fonction de leurs possibilités de réglage et le type d'écoulement. Ainsi, selon les exigences du site on utilise :

- pour des débits constants : une turbine hélice à pales et distributeur fixes,
- pour des débits élevés et peu variables : une turbine hélice à pales fixes et un distributeur mobile,
- pour des débits variants entre 30 et 100 % du débit nominal, une turbine Kaplan à distributeur fixe,
- pour des débits variants entre 15 et 100 % du débit nominal, une turbine Kaplan à distributeur réglable. Il s'agit de la machine la plus compliquée avec ses deux possibilités de régulation qui doivent être accordées ensemble pour détenir les meilleurs résultats.
 

 

Schéma d'une centrale au fil de l'eau utilisant une turbine Kaplan
Schéma d'une centrale au fil de l'eau utilisant une turbine Kaplan

Le principal risque lié à ce type de turbine, sont les turbulences dues à l’action de réaction de la turbine, d’où les brises tourbillon. C’est en partie pour cela qu’il est interdit de naviguer à proximité des barrages.

 

Les turbines à bulbes

Turbines à bulbes  http://www.alieco-dz.com/viewtopic.php?topic=21&forum=9
Turbines à bulbes http://www.alieco-dz.com/viewtopic.php?topic=21&forum=9

Inventée dans les années 1940 en Allemagne, cette turbine est une variante de la turbine Kaplan où le rotor est placé dans une enveloppe fuselée que l'on installe dans le tunnel de la centrale. Cette disposition est particulièrement bien adaptée aux très basses chutes (2 à 15 m), aux grands marnages et aux gros débite (jusqu'à 400 M3/s). Elle a l’avantage de pouvoir fonctionner dans deux sens si on l’utilise pour une STEP comme à la Rance où elle peut même fonctionner avec les vagues.

 

Schéma d'une centrale au fil de l'eau avec une turbine bulbe comme sur le Rhin Bsedition
Schéma d'une centrale au fil de l'eau avec une turbine bulbe comme sur le Rhin Bsedition

L'alternateur est installé dans le circuit hydraulique, le bâtiment d'usine peut donc être supprimé ; on arrive alors à une construction ramassée, monobloc. 

 

Vue d'une des turbines de la centrale de la rance
Vue d'une des turbines de la centrale de la rance

Par exemple, l'usine marémotrice de la Rance (France) compte 24 groupes-bulbes réversibles de 10 MW.

type : Kaplan horizontale  (alias bulbe)

distributeur : conique

nombre de pales : 4

inclinaison des pales :  -5° à + 35°

débit maximal par turbine : 275 m3/s