centrale hydroelectrique

Une centrale hydroélectrique moderne représente une merveilleuse innovation fondée sur des millénaires d’ingéniosité humaine. Cet article, le premier d’une série de trois articles, explore l’histoire de cette technologie et les mécanismes de base de l’exploitation d’une centrale hydroélectrique.

Les humains utilisent depuis longtemps l’énergie de l’eau pour faire fonctionner leurs machines. Jusqu’à présent, l’hydroélectricité demeure une source importante d’électricité dans le monde entier. Pour garantir la sécurité et l’efficacité, les centrales hydroélectriques modernes s’appuient sur une gamme d’instruments de mesure pour surveiller le niveau, le débit, la pression et la température pendant les processus.

Le barrage des Trois Gorges sur le fleuve Yangzi, au centre et à l'est de la Chine, est la plus grande centrale électrique du monde.

Le barrage des Trois Gorges sur le fleuve Yangzi, au centre et à l’est de la Chine, est la plus grande centrale électrique du monde.

Depuis des milliers d’années, l’eau est la principale source d’énergie pour la gestion des systèmes de mouture du grain, d’irrigation des champs et de transformation du bois. À la fin des années 1800, les gens ont commencé à utiliser l’hydroélectricité pour produire de l’électricité. Les premiers aménagements hydroélectriques en France se firent en combinant des barrages de prise de faible hauteur et des chutes plus ou moins importantes. Ce n’est que peu à peu qu’apparurent des ouvrages de 20 à 30 mètres de hauteur : La Bourboule (1896), Avignonet (1903), Rochebut (1909, hauteur 50 m, volume de la retenue 26 hm3) sur le Cher qui est le premier réservoir de production d’électricité à des fins commerciales.

schéma d'une centrale hydroélectrique

schéma d’une centrale hydroélectrique

Aujourd’hui, l’hydroélectricité est une source d’électricité importante et fiable. Il est également propre et renouvelable. Indépendantes des conditions climatiques (sauf la sécheresse), les centrales hydroélectriques peuvent fournir un service plus fiable que les centrales solaires ou éoliennes. De plus, la possibilité de contrôler leur débit permet à chaque usine d’adapter sa production à la demande du marché. Il n’est pas étonnant que 9 des 10 plus grandes centrales électriques du monde soient alimentées par l’eau. (Kashiwazaki-Kariwa au Japon, la sixième en importance, est une centrale nucléaire).

 

Comment fonctionne une centrale hydroélectrique

Fondamentalement, une centrale hydroélectrique moderne se compose d’un réservoir, d’un barrage, de conduites forcées, de turbines et de générateurs. Le réservoir stocke le « carburant » et permet aux opérateurs de contrôler la quantité d’eau alimentant les turbines. Il sert également de bassin de décantation : la plupart des saletés et des débris présents dans l’eau se déposent au fond, loin de la zone d’aspiration.

L’eau du réservoir est acheminée vers les turbines par une entrée (barrage d’écluse) et une conduite forcée. Un système de filtre d’entrée nettoie davantage l’eau pour s’assurer qu’elle est relativement exempte de solides en suspension, ce qui pourrait endommager les aubes de la turbine. Les systèmes hydrauliques (régulateur, freins, commandes de volets roulants, etc.) travaillent ensemble pour ouvrir et fermer les vannes qui permettent à l’eau de couler en aval du bassin.

La roue hydraulique du passé a évolué pour devenir la turbine moderne. Contrairement à la forme et à la configuration de l’aube, les trois principaux types de turbines sont Francis, Kaplan et Pelton, du nom de leurs inventeurs. Quel que soit le type de conception, la turbine convertit l’énergie cinétique du mouvement ou de la chute de l’eau en énergie mécanique. La turbine est reliée par l’arbre au rotor d’un générateur qui convertit l’énergie mécanique en électricité. Pour une efficacité maximale, les turbines sont fabriquées sur mesure pour chaque centrale hydroélectrique.

Bien que les concepts de l’hydroélectricité soient simples et directs, l’exploitation est une autre affaire. Toute centrale hydroélectrique moderne repose sur une multitude de systèmes complexes qui surveillent, contrôlent et améliorent les conditions pour en assurer le bon fonctionnement. Les roulements et les systèmes de lubrification minimisent le frottement et l’usure des pièces mobiles. Les filtres retiennent les particules qui peuvent abrader les aubes de turbine. De puissants systèmes hydrauliques ouvrent et ferment les robinets-vannes. Les systèmes de refroidissement maintiennent les températures sous contrôle pour prévenir la surchauffe et les incendies dans les transformateurs, les câbles, les tableaux de distribution et autres mécanismes électriques et mécaniques.

Ne manquez pas la deuxième partie : « Surveillance et entretien d’une centrale hydroélectrique pour une efficacité optimale« .


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