I. Comment peut-on produire de l'hyroélectricité

Le début de l'histoire de l'énergie hydraulique remonte à l'Antiquité. On l'utilisait alors pour actionner des roues afin de faire fonctionner des moulins à eau, ou encore pour actionner le soufflet des forges ou pour soulager la peine des travailleurs etc. La force de l'eau fut la principale force motrice utiliser par l'Homme jusqu'a la fin du XVIIe siècle. L'hydroélectricité est née seulement vers la fin du XIXe siècle. Son apparition fut favorisée par la diminution de l'offre du charbon et la demande croissante en électricité, et l'arrivée des turbines hydrauliques vers 1827 fut décisive, ainsi que plus tard la mise en place du système électrique en 1880. Cependant dès les années 1820, les techniques d'exploitation de l'énergie hydraulique se modernisent avec l'invention de nouveaux modèles de roues. Dans les années 1850-1860, Thomas Edison débute la production de génératrices électriques à courant continu. C'est alors que certains meuniers commencèrent à produire de l'électricité à l'aide de leur moulin à eau. Ce serait en 1880, quel le première site hydroélectrique fut construit à Northumberland. La Ottawa Electric Light Company l'aurait construite à Chaudière Falls, sur la rivière Ottawa, afin d'assurer l'éclairage des rues de la ville. En 1890, Nikola Tesla inventa la génératrice à courant alternatif qui permettra l'acheminement de l'électricité sur de plus longues distances. En France, de 1880 à 1914 apparaissent de nombreuses petites sociétés qui assurent la production de l'électricté, à coté de grandes sociétés qui controlent le secteur sur le plan régionale dans les années 1920, puis nationale vers 1930. Parrallèlement les réseaux de transports de courant se mettent en place durant l'entre deux guerres et passent de l'échelle locale, à régionale puis nationale.

2. Quelques généralités et définitions

a) Comment obtient-on de l'électricité à partir de l'eau

Nous n’allons pas ici détailler les principaux types d’installations qui permettent d’obtenir de l’électricité à partir de l’eau, mais simplement expliquer le principe qui permet de passer de l’énergie hydraulique à l’énergie hydroélectrique.

Le moyen le plus courant est d’utiliser l'énergie cinétique de l’eau afin de faire tourner une turbine qui reliée à un alternateur permet de produire de l’énergie. Dans le cas où l’énergie cinétique de l’eau est suffisamment importante il suffit d’installer les turbines dans le cours d’eau (cas des grands fleuves ou des hautes chutes où on utilise alors la force de gravitation). Dans le cas contraire, on construit un barrage afin de créer un bassin de rétention pour pouvoir canaliser l’eau et ainsi augmenter la vitesse de l’eau ou la hauteur de chute pour pouvoir actionner les turbines. Plus la hauteur de chute est importante plus l’énergie cinétique sera importante, et donc pourra produire plus d’énergie hydroélectrique.

b) Les turbines

L’arrivée des turbines a grandement participé à l’essor de l’hydroélectricité. On peut distinguer 3 grands types de turbines majoritairement utilisées de nos jours. Mais commençons par définir ce qu'est une turbine.

Une turbine hydraulique transforme en énergie mécanique l’énergie potentielle ou cinétique contenue dans l’eau d’un lac, d’une rivière, d’une chute d’eau, ou d’une quelconque dénivellation. L’élément de base d’une turbine est une roue ou un rotor à ailettes, hélices, lames, aubes disposés sur sa circonférence, de façon que le fluide en mouvement exerce une force tangentielle qui fait tourner la roue et lui confère de l’énergie. Cette énergie mécanique est ensuite transmise par un arbre qui fait tourner un moteur ou un générateur. Voici une animation résumé de ce couple turbine-alternateur.Cliquez ici pour l'afficher

On peut distinguer parmi ces turbines,

Les turbines Kaplan
Parfaitement adaptée aux basses chutes et très forts débits, avec une roue type hélice, comme celle d'un bateau, c’est une turbine à réaction. Mise au point par Viktor Kaplan, cette turbines a des pales qui peuvent s'orienter en fonction des débits utilisables.

Les turbines Francis Elle est plus adaptée pour les moyennes chutes, c’est une turbine à réaction, mise au point par James B. Francis. Elle est composée d'un distributeur, parfois fixe ou parfois mobile et d'une partie tournante.

Les turbines Pelton La turbines Pelton s’utilise pour un débit faible et une grande hauteur de chute, c’est une turbine à action, mise au point par Lester Allan Pelton. La turbine Pelton est caractérisée par ses augets en forme de cuillières coupées en deux., ainsi que par ces injecteurs. C'est la partie qui permet de former un jet d'eau de diamètre voulu pour bien frapper la roue avec toute la force de l'eau. Grâce à lui on peut régler le débit de l'eau à appliquer sur la roue.