LES CENTRALES HYDROELECTRIQUES Par Laurent et Guillaume ©®

Sommaire 4/ Types de barrages 5/ Types de turbines 6/ Les avantages 1/ Introduction 2/ Histoire 3/ Mode de fonctionnement 4/ Types de barrages 5/ Types de turbines 6/ Les avantages 7/ les inconvénients 8/ L’hydraulique en France 9/L’usine marémotrice de la Rance 10/ L’hydraulique dans le monde 11/ Conclusion - Sources

1/ Introduction La force motrice de l’eau est utilisée depuis des siècles : les moulins à eau moulaient le grain, actionnaient les soufflets de forge… Quant aux grands barrages hydrauliques, réalisés dans les années 50, ils sont venus contribuer à l’effort d’autonomie énergétique de la France, lui permettant d’afficher aujourd’hui 15 % de production d’électricité à partir des énergies renouvelables.

2/ Histoire en quelques dates Depuis l' antiquité, les hommes ont essayé de domestiquer la force de l'eau:                             - IIème siècle av J-C: première roue à palette et  à augets qui permettent de se servir de la force de l'eau.                             -   Vers 260: il existe une "usine" près d'ARLES qui comporte une succession de moulin à eau, un aqueduc de 10KM et une chute de 18m.                              - XIXè siècle: la turbine, les dynamos puis le couplage entre alternateur permettent de produire industriellement de l'électricité à partir de l' énergie mécanique. En 1883 le transformateur est créé.                             - Entre les deux guerres mondiales: l' hydroélectricité connaît un développement spectaculaire avec plus de 50 barrages édifiés entre 1920 et 1940.                               - Année 60 : en 1962, la moitié de la production française de l'électricité est d'origine hydraulique. Avec le choc pétrolier, le nucléaire deviendra prépondérant.

3/ Mode de fonctionnement Une centrale hydraulique utilise l'énergie fournie par une masse d'eau en mouvement pour produire de l'énergie électrique. Un barrage retient une grande quantité d'eau sous la forme d'un lac de retenue. Pour produire de l'électricité, les vannes du barrage sont ouvertes, de l'eau s'y engouffre dans une conduite forée dans le barrage, sa vitesse augmente. A la sortie de cette conduite, l'eau fait tourner une turbine qui entraîne elle-même un alternateur qui produit une tension alternative sinusoïdale. L'eau est ensuite libérée au pied du barrage et reprend le cours normal de la rivière. Plusieurs variantes des centrales hydrauliques existent. Certaines fonctionnent en exploitant l'énergie fournie par les marées ou par les vagues (§ 9/) . Leur nombre reste toutefois très limité.

En bref : Il existe différents types de centrales:          - 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.         - 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.         - 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.

4/ Les différents types de barrages CINQ TYPES DE BARAGES: - Le barrage-voûte: La poussée des eaux sur le barrage peut être reportée sur les rives par effet d'arc.    - Le barrage-poids: La poussée sur le barrage peut être équilibrée par effet de gravité: c'est la masse du barrage qui s'oppose à cette poussée et la transmet au terrain de fondation. Quand le barrage est en béton il s'agit alors d' un barrage-remblai. Quand il est en terre ou en enrochement il s'agit alors d' un barrage à contre-forts. - Les barrages mobiles: Constituent un cas particulier des barrages à contre-fort: Il s' agit d'une série de vannes qui, à pleine ouverture, assurent le plein rétablissement de la section du lit pour permettre aux crus de s' écouler sans relèvement de leur niveau naturel

5/ Différents types de turbines -Une turbine est un moteur rotatif entraîné par une veine d'eau qui transforme la plus grande partie de l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Il existe quatre principaux types de turbines. 1) La turbine Pelton : La turbine Pelton est utilisée pour des hautes chutes (10 à 500 m) et des faibles débits (20 à 1 000 l/s). Elle est équipée d'augets en forme de cuillère qui sont placées autour de la roue et reçoivent l'eau par l'intermédiaire d'un ou plusieurs injecteurs. Sa vitesse de rotation est comprise entre 500 et 1 500 tr/min 2) La turbine Francis : La turbine Francis est généralement utilisée pour des moyennes chutes (10 à 100 m) et des débits moyens (100 à 6 000 l/s). L'eau rentre à la périphérie de la roue et ressort sur le côté.Elle a de bons rendements et sa vitesse de rotation est rapide (jusqu'à 1 000 tr/min). Elle est généralement utilisée lorsque le débit à disposition varie faiblement au cours du temps.

Les turbines Kaplan : Les turbines Kaplan et hélices sont les plus appropriées pour le turbinage des faibles chutes (moins de 10 m) et des débits importants (300 à 10 000 l/s). Elles se caractérisent par leur roue qui est similaire à une hélice de bateau dont les pales sont réglables en marche (Kaplan) ou fixes (hélices). L'eau est dirigée vers le centre de la roue par un distributeur orientable ou fixe. Ces turbines dont la vitesse de rotation est faible présente l'avantage d'avoir de très bons rendements. La turbine Crossflow : La turbine Crossflow convient pour des débits de 20 à 7000 l/s et des chutes de 10 à 150 m. Elle est de construction très simple ce qui a permis son développement. Cependant à cause de moins bons rendements et dû a sa vitesse de rotation (généralement basse) cette turbine est, actuellement, peu utilisée par les constructeurs

6/ Avantages Comme la plupart des activités humaines et industrielles, l'exploitation de l'énergie hydraulique présente des avantages et des inconvénients, tant pour l'environnement, que pour la santé et pour les aspects sociaux.    L’énergie hydraulique est renouvelable et propre Les petites centrales hydrauliques ne rejettent pas de CO2, ni de gaz nocifs ou de substances polluantes. Elles ne produisent pas de déchets. Une centrale hydraulique au fil de l’eau fonctionne en continu, jour et nuit, toute l’année. Economiquement, l’énergie hydraulique est compétitive. Le combustible ne coûte rien et les frais de fonctionnement sont peu élevés. Les centrales hydroélectriques ont un excellent bilan énergétique. Pendant leur durée de vie, qui peut dépasser cent ans, elles amortissent jusqu’à 150 fois leur construction. La technologie de l'énergie hydroélectrique est une technologie éprouvée, simple et bien maîtrisée. Les petites centrales hydrauliques « certifiées » répondent à des normes sévères pour protéger l’écosystème de la  rivière   

7/ Inconvénients  Les grands barrages entraînent de gros dommages environnementaux et humains par l’inondation de vallées entières.  Les lacs d’accumulation tropicaux émettent beaucoup de CO2 et de méthane à cause de la décomposition des végétaux dans les zones inondées.  Le paysage est parfois dégradé par les murs de retenue, les prises d’eau ou les conduites forcées.  Les centrales qui ne respectent pas un débit résiduel minimal ou qui ne sont pas équipées d’une échelle à poissons portent atteinte à la faune piscicole.  Les rejets d’eau brutaux provoquent des marnages et des dépôts de sédiments préjudiciables à l’écosystème des environs de la centrale.

8/ L’hydroélectricité en France: Près de 82 % de la production française d'hydroélectricité est assurée par 4 régions : (Observatoire de l'Énergie –2004) Rhône-Alpes = 39 % Midi-Pyrénées = 16,7 % Provence Alpes Côte d'Azur = 14,6 % Alsace = 11,4 % l'ensemble des autres régions = 18,3 % La production française d'électricité en 2006 a représenté un total de 549,1 TWh dont la majeure partie est issue du nucléaire. L'hydraulique est la 2e source de production d'électricité.

9/ L’usine marémotrice de la Rance L'usine marémotrice de la Rance utilise depuis 40 ans les mouvements de la marée pour produire de l'électricité. L'électricité est produite par 24 groupes bulbes (turbines). Chaque groupe de bulbe comprend une turbine et un alternateur de 10 000 kW. Ces turbines utilisent à la fois la force des marées et celle du courant de la rivière. Elles tournent donc dans les deux sens. Elles peuvent fonctionner en turbinage (le mouvement créé par le courant est transformé en électricité) ou en pompage (la turbine créé un mouvement qui créé un courant afin de remplir plus vite le bassin). Elle constitue 90% de la production électrique de la Bretagne. Cette production d'électricité ne représente que 3 % de l'électricité consommée en Bretagne, soit 600 millions de kWh. L'estuaire est soumis à des mouvements de marée dont les horaires dépendent de la stratégie d'exploitation d'EDF.

10/ l’hydroélectricité dans le monde La production mondiale d'électricité en 2005 a représenté un total de 18 138 TWh dont la majeure partie est issue du thermique à flamme essentiellement du fait du développement industriel de pays tels que la Chine qui dispose de grandes réserves de charbon. L'hydraulique est la 2e source d'énergie. La particularité de l'hydroélectricité est sa répartition globalement homogène par continent dans le monde. Les pays producteurs en sont aussi les consommateurs, même si certains pays comme la France exportent un peu d'électricité.

11/ Conclusion Sources : www.edf.com www.volta-electricite.info L'hydro-électricité est une énergie indigène, renouvelable, propre et modulable. C'est la forme la plus achevée de l'énergie solaire et la seule qui peut être accumulée et s'adapter instantanément aux besoins du consommateur. -Dans le monde le potentiel hydro-électrique représente plus de 16% de la consommation actuelle d'électricité du monde. Ce potentiel ne prendra cependant toute sa signification que s'il est associé à d'importantes mesures d'économie et à la mise en valeur des autres sources d'énergie renouvelable. -Les aménagements hydro-électriques futurs ou modernisés devront tenir compte des impératifs de la protection du paysage et de l'écologie de l'eau. La réhabilitation des sites abandonnés, c'est le cas pour un grand nombre de petits aménagements, doit être l'occasion d'améliorer les situations existantes. -De plus, ce développement permet la création d'un produit parfaitement réalisable par de nombreuses petites et moyennes entreprises locales. -Durant les vingt prochaines années il y aura plusieurs dizaines de milliers de petites centrales à construire dans le monde ! Sources : www.edf.com www.volta-electricite.info www.perso.id-net.fr www.2.ac-lyon.fr/ www.fleuverhone.com www.pienergies.com/fr http://www.enerzine.com/ Et biensure notre beau livre Electro système