Crédits [Turbines hydrauliques - Capsules théoriques]

Consommation d'électricité mondiale par source d'énergie depuis 1985 Hélène Baril ; Le charbon se porte assez bien, merci ; La Presse+Affaires, La planète économique, 28 octobre 2019. https://www.lapresse.ca/affaires/201910/27/01-5247214-la-planete-economique-le-charbon-se-porte-assez-bien-merci.php

Proportions des sources d'énergie La presse+ 20170826 Les deux faces de la voiture électrique par Vincent Brousseau-Pouliot

Capacité en hydroélectricité et éolienne en 2014 et potentiel hydroélectrique techniquement exploitable. https://webstore.iea.org/energy-policies-of-iea-countries-canada-2015-review EnergyPoliciesofIEACountriesCanada2015Review.pdf page 212.

Évolution du coût de l'énergie par source entre 2010 et 2022 https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 22.

Taux de variation des coûts de l'énergie par source de 2021 à 2022 https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 32.

Le contexte d'affaire en hydroélectricité

La centrale Manic-5 et le barrage Daniel Johnson sont une icône du développement hydroélectrique http://www.hydroquebec.com/data/metas/tw/photo-hydro-quebec-2009-253-124080ww.jpg

À l'international, évolution des coûts d'installation, de production et du facteur d'utilisation en hydro IRENA 2023, Renewable Power Generation Costs in 2022, https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022

Coûts des projets en grande hydro par région avant et après 2016 https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2022 page 159.

Inventaire des équipements hydroélectriques vieux de plus de 30 ans dans le monde https://www.andritz.com/products-en/hydro/modernization-renewal

La centrale Les Cèdres en 1910 : classée monument historique en 1984. http://www.museevirtuel.ca/sgc-cms/histoires_de_chez_nous-community_memories/pm_v2.php?id=record_detail&fl=0&lg=Francais&ex=744&rd=199270#

La centrale Les Cèdres en 2009. http://www.museevirtuel.ca/sgc-cms/histoires_de_chez_nous-community_memories/pm_v2.php?id=record_detail&fl=0&lg=Francais&ex=744&hs=0&rd=199272#

Hydraulique et hydroélectricité - Les enjeux du développement durable

Efficacité énergétique et environnementale

Évolution dans le temps des rendements des turbines hydrauliques https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646 d'après ANDRITZ HYDRO GmbH, 2018

Efficacité des différentes sources d'énergie https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646, figure 2, page 14.

Le taux de retour énergétique (TRE)

Le Taux de Retour Énergétique selon certaines sources citées par Wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_retour_%C3%A9nerg%C3%A9tique

Taux de retour énergétique comparés selon Hydro-Québec https://www.vgb.org/hydropower_fact_sheets_2018.html?dfid=91646, page 13, figure1. D'après Hydro-Québec Direction – Environnement, 2005.

Vue sur le réservoir amont de Grand Maison situé à plus de 900 m au dessus du réservoir aval https://www.usinenouvelle.com/article/cinq-questions-sur-le-blocage-de-l-usine-hydro-electrique-edf-de-grand-maison.N922124

La production de gaz à effet de serre (GES)

Comparaison en production de GES des options de production d'électricité suivant les scénarios minimum et maximum http://www.hydroquebec.com/developpement-durable/pdf/pop_01_06.pdf

Comparaison des émissions en GES de différentes filières énergétiques https://www.hydroquebec.com/data/developpement-durable/pdf/emissions-ges.pdf

Équivalent en CO2 pour un cycle de vie moyen https://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/nuclear-energy-and-sustainable-development.aspx

Projection des émissions nettes de GES par Hydro-Québec https://www.hydroquebec.com/data/developpement-durable/pdf/emissions-ges.pdf

Dangers et risques comparés des sources d'énergie

Taux de mortalité par source d'énergie Deaths by Energy Source in Forbes Brian Wang | June 11, 2012 https://www.nextbigfuture.com/2012/06/deaths-by-energy-source-in-forbes.html

La source d'énergie la plus sûre vous surprendra Published on May 10, 2018 By Jeff Desjardins https://www.visualcapitalist.com/worlds-safest-source-energy/

Emprises sur la biosphère

L'aménagement de LG2 comporte un déversoir et deux centrales (Robert-Bourrassa et La Grande-2-A) pour une capacité de 7722 MW. http://www.hydroquebec.com/production/images/centrales/robertbourassa-01.jpg

Les réservoirs créés par le projet de la Baie James couvrent un territoire qui se mesure en centaines de kilomètres © Michel Sabourin 2020 à partir de Google Maps

Étude détaillée des effets des mesures de mitigation https://www.hydroquebec.com/data/romaine/pdf/romaine-bilan-environnement-2018.pdf

Aménagements de frayères http://www.hydroquebec.com/data/romaine/pdf/frayere.pdf

Partage de l'espace https://www.hydroquebec.com/data/administrations-municipales/pdf/20190326-installations-amenagement-territoire.pdf

Cheminement du mercure peu après la mise en eau des réservoirs https://www.hydroquebec.com/developpement-durable/documentation-specialisee/mercure.html Figure 1.3

Évolution de la teneur en mercure des dorés jaunes https://www.hydroquebec.com/developpement-durable/documentation-specialisee/mercure.html Figure 1.6

Vanne de fond utilisée pour vidanger un réservoir de ses sédiments Ludovic Péron, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ad/Vanne_de_fond_du_barrage_de_l%27Hongrin_dans_le_L%C3%A9man.jpg

Passage pour saumons adultes à la centrale de McNary https://www.salmonrecovery.gov/Hydro/Structuralimprovements/AdultFishLadders.aspx

Étude des phénomènes nuisibles aux poissons dans les turbines https://www.ge.com/news/reports/go-with-the-flow-these-engineers-are-building-a-fish-friendly-hydropower-plant

Consommation de matériaux

Matériaux utilisés par les différentes sources d'énergie https://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/nuclear-energy-and-sustainable-development.aspx

Brève initiation technique au monde de l'hydraulique

Les types d'installation

Les principaux types de barrage et digue © GE 2016 /PEAUGER Christian

La centrale Beauharnois comporte 26 turbines Francis et 10 turbines hélices. Elle est au fil de l'eau. http://www.hydroquebec.com/data/metas/fb/photo-hydro-quebec-2012-250-D6Q9785.jpg

Nant de Drance en Suisse est une centrale équipée de turbines pompes. © GE 2016 / PEAUGER Christian

Carte du barrage des Trois Gorges https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges

Les Trois Gorges - vue aérienne https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges

Vue du déversoir et du barrage des Trois Gorges https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_des_Trois-Gorges

Carte du barrage d'Itaipu au Brésil https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu

Centrale d'Itaipu https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu

Barrage d'Itaipu panorama https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_d'Itaipu

Carte de la centrale Robert Bourrassa à la Baie James https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa

Vue aérienne de l'aménagement de LG2 https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa

Vue intérieure de la centrale Robert Bourrassa https://fr.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9nagement_Robert-Bourassa

Les types de turbine hydraulique

Évolution de la forme des turbines avec la vitesse spécifique et la chute Inconnue, utilisée par GE/Alstom

Évolution de la forme de radiale à axiale avec la vitesse spécifique Inconnue, utilisée par GE/Alstom

Domaine d'application des différents type de turbine GE

Le bulbe GE

Coupe d'une centrale avec groupe bulbes GE

Turbine Kaplan GE

Roue et distributeur de la turbine Kaplan GE

Turbine Francis GE

La turbine-pompe GE

Turbine Pelton GE

Pour une compréhension intuitive du fonctionnement d'une turbine hydraulique

La rencontre de 2 rotations http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?t=701 PACER 724-247-1F Turbines hydrauliques.pdf

Les 2 rotations ne coïncident qu'en un seul point. © Michel Sabourin 2020

Un tourbillon libre dans ma piscine ! © Michel Sabourin 2018

Comparaisons entre les types de turbine

Pour les turbines de faible chute, la bâche est de type fronto-spirale ou n'existe pas. © GE

Encombrement comparé pour des roues de même diamètre © GE

Rôle hydraulique des composants de la turbine

Coupe d'un groupe turbine-alternateur (Churchill Falls) ©GE dessiné à la main par M. Blanchet il y a plus de 40 ans.

La conduite forcée

La conduite forcée ©GE

Des conduites forcées

Conduite forcée de la centrale des Sept-Chutes (1915) à Saint-Ferréol-les Neiges http://dev.chateaumontsainteanne.com/blogue/wp-content/uploads/2013/08/20130709_145448.jpg

Aménagement de Kootenay Canal (1976) avec ses conduites forcées https://www.bchydro.com/community/recreation_areas/kootenay_canal.html

Ancrages de la conduite forcées aux changements de direction https://www.atbrc.com/en/business-sectors/hydropower/penstocks.html

Conduites forcées par ATB Riva Calzoni https://www.atbrc.com/en/business-sectors/hydropower/penstocks.html

L'aménagement de Cleuson-Dixence où les conduites forcées sont très importantes https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Installations_hydro%C3%A9lectriques_de_la_Grande_Dixence.svg

Effet de dépression lors d'un transitoire à Bear Creek http://deereault.com/hydroelectric-services/bear-creek-hydroelectric-project.php

Explosion de la conduite forcée de Sorang http://www.himdhara.org/2015/12/11/submission-to-directorate-of-energy-on-failure-of-safety-control-and-impact-monitoring-in-hydroprojects/

La bâche spirale

La bâche spirale ©GE

Pour les turbines de faible chute, la bâche est de type fronto-spirale ou n'existe pas. © GE

Sections de bâche et berceaux de béton Alstom

Page d'histoire - Centrale Manic V MIL Tracy

L'avant-distributeur et les avant-directrices

L'avant-distributeur et les avant-directrices ©GE

Mise en place de l'avant-distributeur Alstom

Le distributeur et les directrices

Le distributeur et les directrices ©GE

Mise en place des directrices Alstom

La roue

La roue ©GE

Mise en place de la roue Francis Alstom

L'aspirateur

L'aspirateur ©GE

Blindage du coude aspirateur - Centrale Chamera I MIL Tracy

Hydraulique de base pour les turbines

Équations de la mécanique des fluides

Continuité - conservation de la masse

Conservation de la masse pour un écoulement stationnaire dans un conduit aux parois étanches © Michel Sabourin 2021

Équation de conservation du débit volumique

Géométrie d'un aspirateur en trois dimensions © Michel Sabourin 2017

Analyse unidimensionnelle d'un aspirateur typique © Michel Sabourin 2017

Les lois de Newton - Équilibres statique et dynamique des forces

L'équilibre des forces dans un champ d'accélération

La pression due à la gravité - L'hydrostatique

Coupe d'un barrage © Michel Sabourin 2017

Effort de pression sur une paroi verticale © Michel Sabourin 2017

Vannes wagons et leurs mécanismes de manutention https://steelfabinc.com/product/roller-gates/

Détail de la rainure d'une vanne wagon https://www.hydrogate.com/sites/hydrogate.com/files/Roller%20Gates%20Brochure.pdf

Schéma de la vanne wagon © Michel Sabourin 2022

Champ de pression généré par un tourbillon forcé

Similitude graphique des déplacements et vitesses © Michel Sabourin 2021

Force axiale sur un disque par un tourbillon forcé

Champ de pression généré par un tourbillon libre

Similitude graphique des déplacements et vitesses © Michel Sabourin 2021

Tourbillon libre entre deux disques avec vitesse imposée au diamètre intéreur © Michel Sabourin 2022

Avec une même pression au diamètre intérieur, comparaison de la pression selon le type de tourbillon © Michel Sabourin 2022-2023

Configuration des parties supérieures et influence sur la poussée axiale

Coupe machine avec écoulements secondaires dans les parties supérieures © Michel Sabourin 2017

Calcul par volume de contrôle ou CFD Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., Analysis of Francis turbines head cover pressure and flow behavior inside runner cone, HydroVision 2004, Montréal, Québec, Canada

Configuration 1. Aucune fuite permise. © Michel Sabourin 2018

Configuration 2 : captation de la fuite avec un conduit menant à l'aval © Michel Sabourin 2018

Configuration 3 : retour de la fuite par les trous d'équilibrage dans le plafond de la roue © Michel Sabourin 2018

Cône à aillette Papillon B., St-Hilaire A., Lindstrom M., Sabourin M., "Analysis of Francis turbines head cover pressure an flow behavior inside runner cone", HydroVision 2004, Montréal.

Exemple de calcul de la poussée axiale pour différentes configurations © Michel Sabourin

Équilibre dynamique des forces

Les deuxième et troisième lois de Newton

Écoulement dans un coude et réaction © Michel Sabourin 2017

Moulinet © Michel Sabourin 2017

Fonctionnement d'un moulinet par le professeur Pavel Rudolf, Brno, Tchéquie https://www.linkedin.com/posts/science-on_scienceon-vut-science-activity-7259617909386145792-AVCq/?utm_medium=ios_app&utm_source=social_share_video_v2&utm_campaign=gmail

Vitesses à la sortie du moulinet © Michel Sabourin 2019

La relation d'Euler

Leonhard Euler a présenté les équations qui décrivent le fonctionnement des machines hydrauliques à réaction. © Michel Sabourin 2017

Une turbine élémentaire © Michel Sabourin 2021

Intrados, extrados et surface médiale : l'âme du profil. © Michel Sabourin 2020

Bijection entre le tracé 3D et les définitions 2D des plans méridien et de la cascade © Michel Sabourin 2021

Transformation conforme vers le plan m-n conforme en longueur © Michel Sabourin 2021

Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur © Michel Sabourin 2024

Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal © Michel Sabourin 2024

Le triangle des vitesses à la sortie de la roue © Michel Sabourin 2024

Les triangles des vitesses à l'entrée de la roue © Michel Sabourin 2024

Bernoulli - Conservation de l'énergie

L'équation de Bernoulli - conservation de l'énergie

Conservation de l'énergie avec Bernoulli © Michel Sabourin 2017

Étude de l'aspirateur

Évolution typique des énergies dans un aspirateur © Michel Sabourin 2017

Le cheminement de l'énergie hydraulique dans une installation hydroélectrique

Cheminement de l'énergie dans une installation hydroélectrique © Michel Sabourin 2020

Définitions importantes

Énergie locale et aux bornes

Équation de l'énergie totale selon Bernoulli

Relation d'Euler

Vitesse moyenne

Énergie brute

Chute

Vue en élévation d'une installation hydroélectrique © Michel Sabourin 2025

Sections de mesure haute et basse pression pour l'énergie nette selon CEI60193 CEI60193

Définition de l'énergie nette selon CEI60193 ©CEI60193

Puissance et rendement

Vue en élévation d'une installation hydroélectrique © Michel Sabourin 2025

Les lois de similitude et de transposition

Les lois de similitude

Les lois de similitude - Utilité et définition

Similitude du comportement modèle et prototype GE

Application de la similitude mécanique à l'équation de Newton

Application de la similitude mécanique à l'équation de Bernoulli

Application de la similitude mécanique à un écoulement visqueux

Écoulement de Couette ©Michel Sabourin 2017

Similitude complète : les conditions

Similitude partielle pour les machines hydrauliques

Effet d’une perturbation sur le fonctionnement d’une turbine hydraulique

Les nombres utilisés pour caractériser la similitude

La vitesse spécifique

Vue dans le plan méridien de la roue et du distributeur © Michel Sabourin 2024

Filet représentatif de la roue dans le plan de cascade au rendement optimal © Michel Sabourin 2024

Le chiffre de référence pour la dimension de la turbine CEI60193

Évolution de la forme des turbines avec la vitesse spécifique et la chute Inconnue, utilisée par GE/Alstom

Évolution de la forme de radiale à axiale avec la vitesse spécifique Inconnue, utilisée par GE/Alstom

Le système n11-Q11

Évolution de la vitesse spécifique dans un domaine n11-Q11 ©Michel Sabourin 2017

Le système CEI60193 ned-Qed

Le système de l'EPFL \(\varphi -\psi\)

Système EPFL \(\varphi-\psi\)

Les collines de rendement, un outil de sélection

Colline 1, nQE=0,177 ©Michel Sabourin 2017

Colline 2, nQE=0,106 ©Michel Sabourin 2017

Colline 3, nQE=0,189 ©Michel Sabourin 2017

©Michel Sabourin

Relations entre les systèmes de similitude selon CEI60193 ©CEI60193

Les lois de transposition

Comparaison du rendement obtenu par différentes méthodes pour un même tracé hydraulique St-Hilaire A., Ludewig P., Loiseau F., Tadel J., Bornard L., Sabourin M., Performance of the St-Lawrence Rehabilitated Turbines : Step-up from Model to Prototype, HydroVision 2004, Montréal, Canada.

Les types de perte

Diagramme de Moody Tom Davis, http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/7747-moody-diagram?focused=5061561&tab=function

Expansion brusque ©Michel Sabourin 2017

Le traitement des pertes par le CEI60193

Bilan schématique détaillé des énergies hydrauliques massiques, des débits et des puissances ©CEI60193

Proportion des pertes de friction (transposables) et singulières (non-transposables) ©CEI60193

Les valeurs de Vref selon le CEI ©CEI60193

Les définitions du CEI pour le calcul de la majoration CEI60193

La variation du rendement avec le Reynolds ©CEI60193

Autres méthodes pour calculer l'effet d'échelle

Exemple des différentes méthodes de transposition ©Michel Sabourin 2020

CEI 62097 - Méthode d'application ©Michel Sabourin

CEI 62097 Prodédure de calcul ©CEI 62097

La cavitation dans les turbines

Cavitation - La théorie

La cavitation un phénomène nuisible https://fr.wikipedia.org/wiki/Cavitation

Cavitation de vortex ©Guennoun M.F., Étude physique de l'apparition et du développement de la cavitation sur une aube isolée, EPFL Thèse no 3574 (2006).

Cavitation dans une pompe M. Farhat. Contribution `a l'´ Etude de l' ´ Erosion de Cavitation : M´ecanismes Hydrodynamiques et Pr´ediction. PhD thesis, Th`ese de doctorat, EPFL, Suisse, 1994.

Cavitation - Un phénomène à expliquer

Diagramme Pression-Température Adapté de https://fr.wikipedia.org/wiki/Cavitation

©Guennoun M.F., Étude physique de l'apparition et du développement de la cavitation sur une aube isolée, EPFL Thèse no 3574 (2006).

Soit un germe sphérique unique de rayon r dans un environnement stable à pression constante ©Michel Sabourin

Équilibre des pressions interne,externe et de la tension superficielle d'une bulle © Michel Sabourin 2019

Diagramme de l'équilibre statique d'une bulle ©Michel Sabourin 2017

Comportement stable et instable ©Michel Sabourin adapté de Wikipedia, Thierry Dugnolle

Dynamique d'une bulle entrainée dans un écoulement à pression variable ©Franc J.P., et al., La cavitation – Mécanismes physiques et aspects industriels, Presses universitaires de Grenoble,1995.

Effets de la cavitation sur le comportement des turbines

Le nombre de cavitation: définition et effet macroscopique sur le comportement de la turbine

Une diminution de hs (ou augmentation de l'enfoncement) réduit la cavitaton mais augmente les coûts du civil. adapté de Franc J.P., et al., La cavitation – Mécanismes physiques et aspects industriels, Presses universitaires de Grenoble,1995. p. 344.

Définition des sigmas ©CEI60193

Une dérive de sigma ©Michel Sabourin

Cavitation de sortie extrados observée sur modèle réduit ©GE

Coupe d'un groupe turbine-alternateur (Churchill Falls) ©GE dessiné à la main par M. Blanchet il y a plus de 40 ans.

L'effet des germes sur le comportement de la turbine hydraulique

Cavitation - paramètres d'essai ©CEI60193 Tableau 4

Les manifestations de la cavitation dans une turbine hydraulique

Observation de la cavitation dans le laboratoire hydraulique virtuel

Laboratoire virtuel ©Michel Sabourin 2021

La cavitation de sortie extrados

Pression le long d'un filet fluide sur les faces intrados et extrados ©GE

Usure par cavitation de sortie extrados sur une roue revêtue d'inox ©GE

Usure par cavitation de sortie extrados sur une roue en inox ©GE

Exemple d'une réalisation où la cavitation de sortie est maîtrisée © Michel Sabourin 2021

Cavitation de sortie extrados observée sur modèle réduit ©GE

La cavitation d'entrée extrados

Graphique des pressions démontrant une dépression importante à l'entrée. ©GE

La cavitation d'entrée intrados

Champ de pression montrant un pic dépressif à l'entrée intrados ©GE

Cavitation d'entrée intrados ©GE

La torche

Observations sous la roue modèle ©GE

Les vortex de charge partielle

Localisation des vortex de charge partielle ©GE

Usures au plafond causées par les vortex de charge partielles ©GE

Usures au plafond causées par les vortex de charge partielle ©GE

Les tourbillons de Von Karman

Usures causées par les tourbillons de Von Karman ©GE

Animation des tourbillons de Von Karman https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Vortex-street-animation.gif

La cavitation marginale

Localisation de la cavitation marginale ©GE

Usure et lèvre anti-cavitation marginale ©GE

Les matériaux anti-cavitation

Comparaison des différents matériaux

L'opération de la turbine : de la colline aux transitoires

Le comportement de la turbine en régime stationnaire

Une vision statique du fonctionnement : la lecture de la colline

CEI 60193 page 464.

L'effet perturbateur de la cavitation peut affecter : le rendement, le débit, la puissance et la vitesse d'emballement ©Michel Sabourin

La prise de charge sur la colline de rendement

Méthodes d'interpolation sur une colline

La position des directrices se caractérise par un des deux chiffes suivants : l'angle ou l'ouverture CEI60193 :1999 page 22 figure 2.

L'opération normale de la turbine

Le démarrage de la turbine

Opération en mode production et l'interaction avec le réseau

L'arrêt normal

L'opération et le comportement de la turbine en régime transitoire

Effet de dépression lors d'un transitoire à Bear Creek http://deereault.com/hydroelectric-services/bear-creek-hydroelectric-project.php

Explosion de la conduite forcée de Sorang http://www.himdhara.org/2015/12/11/submission-to-directorate-of-energy-on-failure-of-safety-control-and-impact-monitoring-in-hydroprojects/

L'effet d'une variation d'ouverture sur les conditions hydrauliques - Cas 1, le coup de bélier de masse

Effet de la compressibilité de l'eau - Cas 2, le coup de bélier acoustique

Bilan par comparaison des résultats des différents modèles de simulation de coup de bélier

La méthode d'Allievi

Calcul d'un transitoire sur un groupe turbine alternateur avec la méthode d'Allievi

Méthode d'Allievi - généralisation pour pas de temps réduit

Représentations du transitoire sur la colline

Calcul simplifié d'un transitoire de turbine avec un tableur

Hydraulique contemporaine

Les solutions environnementales

Évolution énergétique GE

Centrale Brilliant, BC, Canada GE

Vieille centrale à réhabiliter Joubarne É., Auger-Habel D., Refurbishment of a centenary small hydro-turbine power plant: issues and challenges , HydroVision 2015, Portland, Oregon.

L'amélioration des performances

Les solutions technologiques

Modification d'envergure de 2 avant-directrices par une extension faite d'une coque d'acier remplie de béton Loiseau F., Munro I., St-Hilaire A., Couston M., Sabourin M., Rehabilitation of Propeller Turbines, A case study: CHATS FALLS Power Plant, Hydrovision 2005.

Résultats au site d'un aspirateur modifié comparé à un aspirateur original à Kelsey Loiseau F., De Henau V., Sabourin M., Importance of Draft Tube in Rehabilitation Project, IAHR-24th Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Foz do Iguassu, Brazil, 2008.

Réduction des lubrifiants minéraux

Les turbines ichtyophiles

Passage pour saumons adultes à la centrale de McNary https://www.salmonrecovery.gov/Hydro/Structuralimprovements/AdultFishLadders.aspx

Les zones identifiées où la survie des poissons est préoccupantes GE

Localisation des dangers de blessures dans une turbine www.esd.ornl.gov/human_health_risk/env_analysis/hydro_effects.shtml

Évolution des pressions dans une turbine James M. Becker, C. Scott, Abernethy, and Dennis D. Dauble, “Identifying the Effects on Fish of Changes In Water Pressure during Turbine Passage”, Hydro Review, Volume 22, Number 5, September 2003

Taux de survie à l'impact Stephen V. Amaral and George E. Hecker, “Designing leading edges of turbine blades to increase fish survival from blade strike”, EPRI 2010

Un modèle de collision Z. Deng, T. J. Carlson, G. R. Ploskey, M. C. Richmond, “Evaluation of Blade-Strike Models for Estimating the Biological Performance of Large Kaplan Hydro Turbines”, PNNL November 2005

Effet du cisaillement sur la mortalité des poissons mesuré en laboratoire D. A. Nietzel, G. F. Čada, “Laboratory Studies on the Effects of Shear on Fish”, DOE, September 2000

Effet de la turbulence et dimension des tourbillons dans la turbine Mufeed Odeh, John F. Noreika, Alex Haro Aubin Maynard, Ted Castro-Santos, and Glenn F. Cada, “Evaluation of the effects of turbulence on the behavior of migratory fish”, DOE-BPA (Bonneville Power Administration), March 2002

Photos prises au laboratoire de Vicksburg GE

La grille à poisson perturbe de façon considérable les écoulements, réduit les performances et crée de la nuisance additionnelle pour les poissons qui ne sont pas capturés ©GE

Augmentation de l'oxygène dissout

Essai modèle montrant la perte de rendement à Q11 constant sous différentes chutes Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000.

Localisation des points d'entrée et d'injection d'air pour une aération centrale Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000.

Comparaison de 3 points de fonctionnement, faible, coeur et pleine charge dans aération, avec aération centrale et périphérique Papillon B., Sabourin M., Couston M., Deschênes C., Methods for Air Admission in Hydroturbines, Proceedings of the XXI IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Lausanne, 2002.

L'aération centrale est aussi utilisée pour atténuer le bruit et les fluctuations de pression avec très peu d'air Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Atmospheric air admission in hydroturbines, Hydrovision 2000, Charlotte, USA.

Observation du volume de la torche sous différentes chutes Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbine Aeration

Validation et limite de la similitude Papillon B., Kirejczyk J., Sabourin M., Determination of Similitude Rules for Hydroturbines Aeration, HydroVision, Charlotte North Carolina, 2000.

Aération par le bord de fuite des aubes © Voith http://voith.com/corp-en/service-products/hydropower/environmentally-friendly-hydro-products/aerating-turbine-technology.html

Représentation schématique du dispositif d'aération de GE ©GE, Scott David, Simmons Neal, Bornard Laurent, Toussaint Kristopher, "New aerating turbine for increasing dissolved oxygen levels at High Rock Dam", Charlotte, HydroVision 2018.

Distribution de l'air introduit au bord d'attaque d'un profil inter-aube. ©GE, Scott David, Simmons Neal, Bornard Laurent, Toussaint Kristopher, "New aerating turbine for increasing dissolved oxygen levels at High Rock Dam", Charlotte, HydroVision 2018.

Crédits

Turbines hydrauliques - Capsules théoriques

L'hydroélectricité, une énergie renouvelable

Hydraulique et hydroélectricité - Mise en oeuvre

Aménagement typique d'une centrale hydroélectrique

Les caractéristiques de l'hydroélectricité

L'hydroélectricité dans le portefeuille énergétique mondial

Le contexte d'affaire en hydroélectricité

Hydraulique et hydroélectricité - Les enjeux du développement durable

Efficacité énergétique et environnementale

Le taux de retour énergétique (TRE)

La production de gaz à effet de serre (GES)

Dangers et risques comparés des sources d'énergie

Emprises sur la biosphère

Consommation de matériaux

Brève initiation technique au monde de l'hydraulique

Les types d'installation

Les types de turbine hydraulique

Pour une compréhension intuitive du fonctionnement d'une turbine hydraulique

Comparaisons entre les types de turbine

Rôle hydraulique des composants de la turbine

La conduite forcée

Des conduites forcées

La bâche spirale

L'avant-distributeur et les avant-directrices

Le distributeur et les directrices

La roue

L'aspirateur

Hydraulique de base pour les turbines

Équations de la mécanique des fluides

Continuité - conservation de la masse

Équation de conservation du débit volumique

Les lois de Newton - Équilibres statique et dynamique des forces

L'équilibre des forces dans un champ d'accélération

La pression due à la gravité - L'hydrostatique

Champ de pression généré par un tourbillon forcé

Force axiale sur un disque par un tourbillon forcé

Champ de pression généré par un tourbillon libre

Configuration des parties supérieures et influence sur la poussée axiale

Équilibre dynamique des forces

Les deuxième et troisième lois de Newton

La relation d'Euler

Bernoulli - Conservation de l'énergie

L'équation de Bernoulli - conservation de l'énergie

Étude de l'aspirateur

Le cheminement de l'énergie hydraulique dans une installation hydroélectrique

Définitions importantes

Énergie locale et aux bornes

Équation de l'énergie totale selon Bernoulli

Relation d'Euler

Vitesse moyenne

Énergie brute

Chute

Puissance et rendement

Les lois de similitude et de transposition

Les lois de similitude

Les lois de similitude - Utilité et définition

Application de la similitude mécanique à l'équation de Newton

Application de la similitude mécanique à l'équation de Bernoulli

Application de la similitude mécanique à un écoulement visqueux

Similitude complète : les conditions

Similitude partielle pour les machines hydrauliques

Effet d’une perturbation sur le fonctionnement d’une turbine hydraulique

Les nombres utilisés pour caractériser la similitude

La vitesse spécifique

Le système n11-Q11

Le système CEI60193 ned-Qed

Le système de l'EPFL \(\varphi -\psi\)

Système EPFL \(\varphi-\psi\)

Les collines de rendement, un outil de sélection

Les lois de transposition

Les types de perte

Le traitement des pertes par le CEI60193

Autres méthodes pour calculer l'effet d'échelle

La cavitation dans les turbines

Cavitation - La théorie

Cavitation - Un phénomène à expliquer

Effets de la cavitation sur le comportement des turbines

Le nombre de cavitation: définition et effet macroscopique sur le comportement de la turbine

La chute de rendement